MENÜ
2019. szeptember 23.
Tekla
Új korszak küszöbén: hidrogéngazdaság

Új korszak küszöbén: hidrogéngazdaság

gyartastrend.hu

A fejlesztés nehézségei ellenére egy új iparág megszületésének lehetünk tanúi: a hidrogéngazdaságé.

Talán kevesen tudják, hogy a hidrogénnel működő tüzelőanyag-cellát (PEM) az 1830-as években fedezte fel két európai tudós. Az első ismert és működő, 1 kW teljesítményű PEM-cellát a NASA készítette el 1963-ban a Gemini 5 energiaellátására. Jelenleg már az élet számos területén használnak tüzelőanyag-cellákat a szünetmentes tápoktól a targoncákon át a személyautókig.

Az Air Liquide H2-töltőállomása

Mire jó, és hogyan működik?

A tüzelőanyag-cella az akkumulátorokhoz hasonló lemezkötegből épül fel. Az anódoldalra bevezetett hidrogén és a katódoldalra bevezetett oxigén a katalizátorral bevont membránokon – egy elektrokémiai reakció által – cellánként közel 1 V-os feszültséget produkál. Figyelemre méltó, hogy 50 százalék feletti villamos hatásfok mellett a cellák felületén az elérhető áramsűrűség már 2 A/cm2 feletti. Az üzemi hőmérséklet 40-70 C között alakul. A cellák élettartama a felhasználás jellegétől függően 2000-20 000 óra között változik. A hidrogéncellákat a járműipar, a hajózás, a vasút, a repülőgépipar, illetve a katonai alkalmazások használják. Továbbá minden olyan terület, ahol decentralizált energiatermelés és energiatárolás, illetve szigetüzemű energiaellátás szükséges. A cellák egyedülálló előnye a környezet védelme: a működés során az egyetlen melléktermék a desztillált víz, mely pára formájában képződik!

Eredmények és fejlesztések a világgazdaságban

A hidrogéncella korszerű, megújuló, alternatív forrásokból származó, biztonságos és gazdaságos energiaellátásra képes, mely a legkisebb környezetkárosító hatással jár. Jelenleg számos alkalmazása ismert. Az Alstom által gyártott hidrogénhajtású, tüzelőanyag-cellás elektromos mozdony 2018 óta üzemel Németországban. Hasonló mozdonygyártásra készül a Siemens a Ballard céggel kooperációban.

A hidrogénnel hajtott, elektromos autóbuszok gyártása is rohamosan terjed. A buszok tetejébe épített hidrogénpalackokkal – egyetlen tankolással – 6-800 kilométeres hatótávolság érhető el. A gyártásban kanadai cégek (Ballard, Hydrogenics) a piacvezetők, míg a fejlesztésben az USA, Kína, Dél-Korea, Japán. Illetve Európában az Egyesült Királyság, Németország, Franciaország és a skandináv államok.
Egyre több európai eredményről is hallhatunk: elkészült az első Solaris gyártmányú busz, valamint holland–belga kooperációban készülnek a kukásautók. Személyautó-gyártásban a Toyota, Honda, Hyundai cégek vezetik a mezőnyt. Várhatóan a Mercedes, a VW-konszern, a BMW is hamarosan megjelenik a piacon. Népszerű a technológia a raktári targoncák energiaellátásában, részben az akkumulátorköltségek mellőzése, részben a rövid töltési időszükséglet miatt. Gyorsan terjed a hajtások alkalmazása a hajóiparban, a szünetmentes tápegységek gyártásában és természetesen a hadiipar számtalan területén. Európában további eredményeket értek el a repülőgépgyártásban is.

Az Alstom tüzelőanyag-cellás meghajtású mozdonya

A bekerülési költségeknél több tényezőt kell figyelembe venni: a tömeggyártás beindulásával a berendezések ára teljes mértékben versenyképes lesz, mivel a hidrogénhajtású személyautók már ma is megtalálják vevőiket. A gázellátás költsége már ma is megegyezik a benzin és a dízel árával, legalábbis kilométerre vetítve. Elterjedésének azonban a feltétele a megfelelő infrastruktúra kiépítése.
A közlekedésben jelenleg használt, fosszilis üzemanyagok környezetkárosító hatásait igen nehéz számszerűsíteni. Tény, hogy óriási mértékű a károkozás. A hidrogéntechnológia bevezetése és tömeges elterjedése nagyon sokat fog javítani a helyzetünkön.

A gázellátás megoldásai

A hidrogéngázt jelenleg a földgáz elbontásával állítják elő a leggazdaságosabban. Az eljárás jelentős hátránya a gyártás közben felszabaduló, nagy mennyiségű szén-dioxid. Jó néhány vegyipari eljárás is ismert, mely által nagy mennyiségű hidrogén melléktermékként kerül előállításra. Az utóbbi évek fejlesztési eredményeiből arra lehet következtetni, hogy a jövőbeni, ipari méretű gyártás a már ismert elektrolízises eljárással fog felfejlődni. A nagy gázellátó cégek (Linde, Air-Liquid, Messer stb.) készen állnak a növekvő igények kielégítésére. Működik a palackcserés, a tankautós és a töltőállomásos kiszolgáló rendszer. Ez utóbbi várhatóan hazánkban is kiépítésre kerül 2021-től. A nagynyomású, általában szénszálbeszövésű kompozit palackok nyomása 200-350-700 bar, a felhasználási területek függvényében. A mélyhűtéssel cseppfolyósított gázt általában különleges nagyfogyasztók használják. A nagyobb fogyasztás beindulásával a prognosztizált hidrogénár: 6-8 euró/kg.

A KONTAKT-Elektro Kft. fejlesztései

A pécsi Kontakt-Elektro Kft. a 2003. évi Hannoveri Vásáron figyelt fel erre az egyedülállóan környezetbarát technológiára. Társaságunk a technológiával kapcsolatos ismerkedést, majd a fejlesztésekhez szükséges tudásanyag megszerzését 2005-ben kezdte el. 2008-ban elkészült az első 100 W teljesítményű cellánk. A gyártásra alkalmas 300 W teljesítményű csónakmotorhajtásunk 2009-ben készült el. 2011-ben pedig a 200-300-500-1000 W teljesítményű berendezéseink. 2014-ben elkészültünk a 3000 és az 5000 W teljesítményű eszközeinkkel, melyeket Ballard gyártmányú cellákból építettünk meg. Az első 3000 W teljesítményű szünetmentes áramforrásunkat 2015-ben adtuk el osztrák megrendelőnknek. 2014-ben megépítettük a napelemekkel táplált, elektrolizáló berendezésekkel előállított hidrogéngáz palackokba töltését szolgáló konténerállomásunkat. Ezáltal a karbonszálas kompozit palackjainkat 300 bar nyomásig vagyunk képesek tölteni. A technológiáról közismert, hogy igen drága. Olyannyira, hogy megfelelő fejlesztési pályázati támogatás hiányában fejlesztési munkáinkat két évig szüneteltettük. Azonban a világpiacon az elmúlt évben tapasztalt fejlesztési eredmények ismeretében tavaly márciusban újraindítottuk munkánk II. ütemét.

A társaság saját fejlesztésű stackjei

Út a jövőbe

Európában 5 nevesebb konzorcium igyekszik fejlesztéseinek piacra vitelét a következő két évben befejezni. Ezek a fejlesztések elsősorban az autóipart szolgálják. Vállalatunk a piaci részterületeken látja üzleti lehetőségeit. Jelenleg egy 15 kW teljesítményű berendezés fejlesztésén dolgozunk. Az eszköz a balatoni és a folyami kishajók hajtásrendszerébe illeszthető. Egy másik változata a csendes üzemű szükségáramforrások alapjául szolgálhat, mellyel a dízelüzemű aggregátorok versenytársát kívánjuk gyártani. A szünetmentes áramforrások kooperációs fejlesztéséhez és gyártásához jelenleg partnereket keresünk. Meggyőződésünk, hogy technológiánk számtalan előnnyel rendelkezik az akkumulátoros energiatárolással szemben. Munkáink során – ahol csak lehetséges – az akkumulátorok helyett igyekszünk szuperkondenzátorokat alkalmazni, melyekkel igen biztató eredményeket sikerült elérnünk.

A fejlődés nehézségei

Az Európai Unióban az utóbbi néhány évben rohamtempóban zajlik a technológiában élenjáró országokhoz történő felzárkózás. Kiugróan magas uniós és külön állami finanszírozást, illetve megrendeléseket biztosítanak a fejlesztő cégeknek és konzorciumoknak. Ugyanakkor az iparág a tyúk és a tojás problematikájával kénytelen szembenézni. Amíg nincs megfelelő méretű piac, addig nehéz az iparszerű és korszerű termelés felépítése. Viszont amíg nincs meg a megfelelő méretű és színvonalú termelési kapacitás, addig nehéz a piac felépítése.

Azonban a nehézségek ellenére már jól látható egy új iparág megszületése: a hidrogéngazdaságé.