Forrás: Shutterstock.com/Scharfsinn

Az Európai Parlament első olvasatban 2023. február 14-én fogadta el a korábban hozott (EU) 2019/631. rendelet módosítását, amely 

2035 elejétől megtiltja, hogy az Európai Unióban szén-dioxidot kibocsátó új személygépkocsit vagy könnyű haszongépjárművet adjanak el.

Ez az intézkedés új jogszabályalkotói felfogást képvisel a klíma­változás által okozott problémák kezelésében, mert – ellentétben a szén-dioxid-kibocsátásra több nemzetközi egyezményben korábban tett hangzatos, de valójában tartalmatlan és ellenőrizhetetlen emissziócsökkentési vállalásokkal – nagyon konkrét kötelezettséget ír elő, és betartatását igen könnyen lehet ellenőrizni. Az új rendelkezést ilyen szempontból az ózont bontó halogénezett szénhidrogén-származékok kibocsátásának korlátozására 1987-ben megfogalmazott Montreali jegyzőkönyvhöz lehet leginkább hasonlítani, amelynek mára nyilvánvaló sikere elsősorban annak volt köszönhető, hogy egyes anyagok használatának tiltását hosszú távra ütemezetten, fokozatosan írta elő, s így az ipari és kereskedelmi résztvevők – ha esetenként jelentős anyagi áldozatok árán is, de – alapműködésük megbolygatása nélkül alkalmazkodni tudtak hozzá.

Jóllehet az új szabályozás még elfogadása után is politikai alkuk tárgya volt, és valamelyest fel is lazult annak figyelembevételével, hogy egyes bioüzemanyagokat a növények a légköri szén-dioxid megkötésével állítanak elő, mégis sokan a személyautók piacának gyökeres átalakulását várják tőle. Ma Magyarországon az utca embere csak olyan, a rendeletnek megfelelő autót láthat, amely elektromos motorral működik, és ehhez nagy akkumulátorban tárolja az áramot. Valószínűleg ez lehet a hátterében a hazánkban új akkumulátorgyárak felépítését szorgalmazó terveknek, amelyek a napi sajtóban is rendszeresen nagy visszhangot kapnak. A Magyar Tudományos Akadémia Fenntartható Fejlődés Elnöki Bizottságának 2023. évi állásfoglalása azonban felhívta a figyelmet arra, hogy „korántsem egyértelmű, hogy a lítiumion-akkumulátor a jövő útja. Sőt még az sem biztos, hogy az elektromos járművek dominálják majd a közlekedést egy-két évtized múlva.”

Az elektromos autók működésekor valóban nem keletkezik szén-dioxid közvetlenül, ám jelenleg a világ legtöbb országában az áramot olyan módszerekkel állítják elő, amelyek következtében jelentős mennyiségű üvegházhatású gáz kerül a légkörbe. Ez alól energetikai szempontból csak olyan, egészen kivételes földrajzi adottságú nemzetek a kivételek, mint Izland vagy Norvégia. Ha egy ország döntően széntüzelésű erőművekre támaszkodik, akkor az is előfordulhat, hogy az elektromos járművek széles körű elterjedése valójában növeli majd a levegőbe kerülő szén-dioxid éves mennyiségét. Természetesen ez a probléma leküzdhető úgy, ha megújuló módszereket használnak az energiatermelésben, de így is feltétlenül szükség lesz fejlett akkumulátorok nagy tömegű előállítására, aminek a gazdasági és környezeti következményeit egyelőre nem lehet előre látni. Kevesen vonják kétségbe azt, hogy az elektromos járművek komoly szerepet játszanak majd a jövő egyéni közlekedésében, azt azonban már nagyon sokan kétlik, hogy ez egyeduralommá válhatna.

Az elektromos autók működésekor valóban nem keletkezik szén-dioxid közvetlenül, de jelenleg a világ legtöbb országában az áramot olyan módszerekkel állítják elő, amelyek következtében jelentős mennyiségű üvegházhatású gáz kerül a légkörbe. A probléma úgy küzdhető le, ha megújuló módszereket használnak az energiatermelésben. (Forrás: Shutterstock.com/Petair)

Az egyik alternatíva, amelynek esélyein ma sokan gondolkodnak, a hidrogén használata energiahordozóként. Ez egyáltalán nem új ötlet, Jules Verne A rejtelmes sziget című, 1870-es évek elején írt regényében a szereplők közötti egyik esti beszélgetésben felvázolják egy olyan jövő lehetőségét, ahol a szén helyett a fő energiatároló anyag a vízből előállított hidrogéngáz. A nagy francia tudományos-fantasztikus író jól ismerte kora tudományát, s minden bizonnyal eljutott hozzá az az információ is, hogy a francia-svájci François Isaac de Rivaz (1752–1828) már 1807-ben szabadalmat kapott a hidrogénüzemű belső égésű motorra, és egy évvel később jármű hajtására is használta.

Fontos hangsúlyozni, hogy manapság

a hidrogénüzemű járművekről nem jövő, hanem jelen időben kell beszélni: a tudományos és technológiai érettség már akkor is megvan, ha semmiféle fejlesztés nem történik,

s csak a ma is megvásárolható, és a jelenleginél jóval nagyobb tömegben gyártható eszközöket vesszük számba.

A már említett belső égésű motorok majdnem ugyanúgy működnek, mint a benzinalapúak, csak bennük a benzingőz-levegő elegy helyett hidrogén-levegő elegy robban fel a hengerekben. A másik nagy technológiai irány a tüzelőanyag-elemek használata: itt a hidrogén és az oxigén reakciója áramot termel, amely aztán elektromotort hajt meg. Mindkét módszernek megvannak az előnyei és hátrányai, a szakemberek hosszú távon is a kettő együttélését tartják valószínűnek.

Európában az Ökológiai Városi Közlekedési Rendszer (Ecological City Transportation System; ECTOS) támogatásával Izland fővárosában, Reykjavíkban már húsz évvel ezelőtt is közlekedett néhány hidrogénüzemű autóbusz. Ezek Mercedes gyártmányú, tüzelőanyag-elemes járművek voltak. Akadtak ugyan műszaki problémák velük, ám ezeket általában gyorsan és könnyen el lehetett hárítani, s karbantartási szempontból a dízelüzemű buszok­nál is jobbak voltak: a teljes idő 90 százalékánál nagyobb hányadában voltak teljeskörűen üzemképesek.

A kezdeti sikerekre épített a HyFLEET:CUTE (Clean Urban Trans­portation for Europe; Tiszta Városi Közlekedés Európában) program 2006 és 2009 között, ez már tíz várost érintett, amelyek közül Berlin vált kivételessé olyan szempontból, hogy itt 14 MAN gyártmányú, belső égésű motorral működő autóbuszból álló hidrogénes flottát üzemeltek be. A teszt itt is nagyon sikeres volt, amit az is bizonyít, hogy a buszokat az eredetileg tervezettnél jóval hosszabban üzemben tartották, négy közülük még 2015-ben is használatban volt. A szerencsések már Budapesten is tanúi lehettek ilyen kísérletnek: 2022 elején egy hónapig Kőbánya-Kispest és Ve­csés között közlekedtek lengyel gyártmányú Solaris Urbino 12 Electric H2 típusú, hidrogénüzemű tüzelőanyag-cellás autóbuszok.

A hidrogénes személyautók közül ma legtöbben a tüzelő­­anyag-elemes Toyota Mirai nevét ismerik, amely már kereskedelmi forgalomban is kapható. Nem ismeretlenek azonban a belső égésű motort használó változatok sem, a leglátványosabb erőfeszítéséket ezen a téren a BMW cég tette.

A hidrogéntechnológia tömeges elterjedésének a fő gátja napjainkban egyértelműen gazdasági.

Egyrészt a benzinkutakhoz hasonló hidrogéntöltő infrastruktúra ki­építése lényegesen drágább, mint az elektromos autókhoz szükséges töltők létesítése, másrészt a hidrogén előállítási ára egységnyi energiatartalomra vetítve jóval nagyobb, mint a benziné. Ráadásul a jelenleg leggazdaságosabb módszer alapanyaga a kőolaj és a földgáz, vagyis egyrészt nem megújuló energiaforrások, másrészt belőlük a hidrogén előállítása szén-dioxid kibocsátásával is jár. Hidrogént a Földön hatalmas mennyiségben előforduló vízből is elő lehet állítani elektromos energia felhasználásával (a folyamat kémiai neve elektrolízis), ám ez most lényegesen drágább még akkor is, ha az áramot megújuló energiaforrásokból, például látszólag igen olcsó napenergiából nyerik.

A hidrogéntechnológia tömeges elterjedésének a fő gátja egyrészt, hogy a benzinkutakhoz hasonló hidrogéntöltő infrastruktúra kiépítése sokkal drágább, mint az elektromos autókhoz szükséges töltők létesítése, másrészt a hidrogén előállítási ára egységnyi energiatartalomra vetítve jóval nagyobb, mint a benziné. (Forrás: Shutterstock.com/Scharfsinn)

A légkör tanulmányozásával foglalkozó szakemberek arra is felhívták a figyelmet, hogy az erősödő hidrogénfelhasználás szivárgások miatt valószínűleg növeli majd a levegő átlagos hidrogéntartalmát (jelenleg 0,000053 százalék). A hidrogénnek nincs üvegházhatása, ezért önmagában ez a tény még nem aggasztó. Modellszámítások szerint azonban a növekedés valószínűleg azt okozza majd, hogy a levegőben szintén jelen lévő, nagyon erős üvegházhatású metángáz lassabban bomlik el a természetes folyamatokban, így a légköri koncentrációja akkor is növekedhet, ha az emberiség által kibocsátott éves összmennyiség nem változik. Szerencsére a hidrogén felhasználásának végterméke, a víz(gőz) nem okoz semmilyen problémát: az óceánokból való párolgás mi­att az eleve olyan hatalmas mennyiségben van a levegőben, hogy azt semmilyen emberi tevékenység nem befolyásolhatja ér­demben. Sokakban okoz ellenérzést a hidrogén hírhedt gyúlékonysága és robbanásveszélyessége is, de valójában ez a szakértőket azért nem aggasztja különösebben, mert az ilyen kockázatok kezelésében igen jelentős tapasztalat gyűlt már össze: a magyar háztartások nagy részében megtalálható földgáz is éppen ilyen veszélyeket rejt magában, de a biztonságos használatát megoldották.

Fontos azt is látni, hogy egészen a közelmúltig a hidrogénalapú közlekedésben a gázt nem önálló energiaforrásként, hanem tárolóeszközként kellett számontartani. Az előállítás módjának közérthető kifejezésére ezért ökológiai színskálát vezettek be, amelyet nevezhetünk akár hidrogénszivárványnak is, ezt mutatja be a táblázat.

Az utóbbi hónapokban, a korábbi ismeretek birtokában, meglepő fordulat következett be az energiaiparban:

egyre inkább lendületet vesz a nagy hidrogéntartalmú földgázlelőhelyek kutatása, s a forrást az ökológiai színskálán fehér hidrogénnek nevezték el.

Ez lényegében a földgázkitermeléshez hasonló bányászatot jelent, s így a hidrogénből tárolóeszköz helyett elsődleges energiaforrás lehet. Ennek az elvi lehetősége már több mint egy évszázada ismert: Dmitrij Ivanovics Mengyelejev, a periódusos rendszer atyja, 1888-ban észlelte, hogy egyes ukrajnai szénbányákban a levegő viszonylag sok elemi hidrogént tartalmaz, amely a kőzetrétegekből folyamatosan szivárog a légtérbe. Az első olyan jel, amely komoly gazdasági hasznosíthatóságra is utalt, egy másik évszázadban, egy másik földrészen tűnt fel.

A nyugat-afrikai Maliban, a fővárostól mintegy 60 kilométerre, egy Bourakébougou nevű falu mellett, 1987-ben kutat akartak fúrni. A környék nagyon száraz vidék a Szahara déli határán, s még 100 méter mélységben sem bukkantak hasznosítható vízre. Fel is adták a kutatást, a lyukból viszont folyamatosan furcsa szél fújt. Egy munkás egy nap égő cigarettával a szájában akart a nyílásba benézni: ennek a következményeként a földből előtörő gáz meg­gyulladt, s attól kezdve éjjel-nappal égett. Ilyen tüzet viszont még egyetlen helybeli sem látott: a lángnak alig látható, kékes árnyalatú színe volt, és egyáltalán nem kormozott. Éjjel inkább aranyszínben tündökölt az égő kút, s a fúrást végző cégnek hetekig tartott az oltás, majd a nyílás biztonságos lezárása. 2012-ben a terület bányászati jogait megszerző Petroma nevű, kőolaj- és földgázkitermeléssel foglalkozó cég egy mobillaboratóriumban meghatároztatta a földből előtörő gáz összetételét: 98 százalékban elemi hidrogén volt. Nem ismertek még korábbi ipari példát ilyesmire, s a tulajdonos meglátta a jelenségben a komoly üzleti lehetőséget. A céget át is keresztelte: Hydroma lett a neve.

A felfedezés híre eljutott olyan, a tudomány fősodrába nem tartozó szakemberekhez is, akik már régóta állították, hogy geológiai folyamatokban nagy mennyiségű hidrogénnek is keletkeznie kell, csak nem ott, ahol földgáz és kőolaj halmozódik fel. 2019-ben az Egyesült Államok Nebraska államában is találtak hasonló földgázt, s ezután a világ sok részén megindult a kutatás a lelőhelyek után. Mi több, korábbról ismert adatok is azt mutatták, hogy a Földön jelentős mennyiségben találhatók nagy hidrogéntartalmú földgázok, ezek közül néhány összetételét ismerteti az 1. ábra.

1. ábra. A szakemberek már régóta állították, hogy geológiai folyamatokban nagy mennyiségű hidrogénnek is keletkeznie kell, csak nem ott, ahol földgáz és kőolaj halmozódik fel. A Földön jelentős mennyiségben találhatók különböző összetételű, nagy hidrogéntartalmú földgázok. (A szerző által készített ábra, irodalmi adatok alapján. Az adatok forrása: International Journal of Hydrogen Energy, 2023, 48: 21610–21623.)

Az ilyen földgázok általában keverékek, leggyakoribb össze­tevőik a hidrogén mellett a metán és a nitrogén. Ezek mennyiségét is tartalmazza az ábra, amely úgynevezett háromszögdiagram. Minden csúcson egy-egy komponens található: minél közelebb van egy pont hozzá, annál nagyobb az adott gáz mennyisége. Az ábra szerint a Maliban található előfordulás olyan szempontból különlegesnek látszik, hogy majdnem tiszta hidrogént tartalmaz, de már Ománban is vannak meglehetősen nagy hidrogéntartalmú, korábban feltárt gázlelőhelyek. A szakemberek mégis arra gyanakodnak, hogy a legtöbb ilyen forrás még ismeretlen.

Vajon mivel magyarázható, hogy az ilyen, hidrogént gazdaságilag is számottevő mértékben tartalmazó földgázok puszta létezése is ennyire sokáig elkerülte a tudomány és az ipar figyelmét? A válasz erre a kérdésre összetett, ugyanakkor igen logikus. Bányaipari földtani kutatások eddig elsősorban a fosszilis energiaforrások, vagyis a földgáz, kőolaj és szénlelőhelyek feltérképezését célozták meg. Az ezek keletkezését értelmező, mára széleskörűen alátámasztott elméletek többnyire kizárják a hidrogén felhalmozódásának lehetőségét. Arra is egyértelmű jelek utaltak, hogy ha még keletkezne is hidrogén ilyen helyeken, akkor azt a kőzetek nem tartanák meg. A gázok kémiai elemzésénél komoly probléma, hogy ha nem keresik céltudatosan a hidrogén jelenlétét a műszeres vizsgálatokkal, akkor közvetett adatokból kimondottan nehéz észrevenni.

Valóban: a mára megismert hidrogéntartalmú földgázok lelőhelyeinek földtani sajátságai nagyon eltérnek azoktól a főként üledékes jellegű helyektől, amelyeket eddig kutatásra érdemesnek tartottak. A Mali­ban lévő, már említett Bourakébougou lelő­hely geológiai viszonyairól 2023-ban közöltek tudományos cikket, amely a 2. ábrán mutatja be a következtetéseket.

2. ábra. A Maliban lévő, Bourakébougou lelőhely geológiai viszonyairól 2023-ban közöltek tudományos cikket, az ábra a következtetéseket mutatja be. (Creative Commons Attribution 4.0 International Licence; forrás: Scientific Reports, 2023. 13: 11876. Az ábra feliratait a szerző fordította magyarra.)

A hidrogén nagy valószínűséggel a leszivárgó vízből keletkezik a földkéreg mélyebb rétegeiben, elsősorban az olivin nevű, elég elterjedt vas-magnézium-szilikátot tartalmazó kőzetekben, vagy más, vasat tartalmazó ásványokkal lezajló reakció révén. Mivel így rövid idő alatt jelentős mennyiségű hidrogén keletkezik, a földgázzal ellentétben nem is kell feltétlenül hosszú idő alatt felhalmozódnia gáztömör kőzetrétegekben ahhoz, hogy kereskedelmileg hasznosítható mennyiségben kitermelhető legyen, illetve egy lelőhely kimerülése sem feltétlenül következik be. A már idézett tudományos cikk címében is szerepel az a következtetés, hogy

az ilyen hidrogénbányászat nagy valószínűséggel megújuló energiaforrás lesz.

A legutóbbi hírek szerint Ausztráliában több cég is alakult hidrogén-kitermelési céllal, s Dél-Ausztrália szövetségi állama már a bányászati törvényen is módosított azért, hogy tevékenységüket lehetővé tegye. A Pireneusok spanyol részén is folyik már ilyen kutatás, s egy hasonló, franciaországi lelőhely-felfedezés híre 2023 őszen a magyar sajtóban is megjelent.

A hidrogénbányászat mai helyzetére van egy, a benne érdekelt cégek által szívesen felelevenített analógia, amely a kőolajipar­ban a 19. század közepén uralkodó állapo­tokkal von párhuzamot. Ekkor néhány sze­rény hozamú olajkút Kaliforniában és Irakban már ismeretes volt, de senki nem sejtette, hogy hatalmas gazdasági hasznot hozó ipart lehet rá alapozni. A közgon­dolkodás 1857-ben változott meg gyökeresen, amikor Edwin Drake bányavállalkozó a pennsylvaniai Titusville közelében, 21 méter mélyen rá nem talált az első komoly olajmezőre.•

Címlapkép forrása: Shutterstock.com/Scharfsinn