Hidrogén-forradalom – Az energiaellátás új formája

2021. március 06. szombat, 11:27

Az elmúlt évben, és idén az ÉPÜLETGÉPÉSZ szaklap hasábjain több publikáció jelent meg a hidrogén előállításáról és a felhasználásáról, ezeket irodalomjegyzék és hivatkozás is bővítette (2020/3., 2020/5. és 2021/1. lapszámok).

Érdeklődéssel olvastam el a cikkeket és a szakirodalmi hivatkozásokat is. Nem találtam köztük az egyik, számomra alapismereteket nyújtó ismeretterjesztő könyvet. Levettem a könyvespolcomról, és azt gondoltam, a szakmai közönségnek ajánlom ezt a könyvet.

A 2005-ben Németországban megjelent könyv eredeti címe: „Die Wasserstoffwende. Eine neue Form der Energieversorgung”. A következő évben pedig a Corvina Kiadó Kft.  gondozásában magyarul is megjelent.

Szeretném megemlíteni a szerző családi kötődését a hidrogén iparhoz, amelyet a könyvében megoszt az olvasóival. Ír a Hindenburg léghajó lakehursti  katasztrófájáról, melyet 35 személy túlélt és 35 fő elhunyt. Henning Boetius apja a Hindenburg magassági kormányosa volt és a néhány emberrel a szél felőli oldalon ugrott ki az égő léghajóból és sértetlen maradt.

A könyv részletesen foglakozik az energiaellátás jelenlegi helyzetével.  Az első részében a téma alapjait tekinti át. Szót ejt az anyagról, az energiáról, a hőről, a hatásfok jelentéséről és részleteiben a Carnot-féle gépről is. Ezt követően ír a hidrogénről, melynek a „vegyjele a H, minden elemek anyja”. Felfedezésének  körülményeiről annyit érdemes megjegyeznünk, hogy „Henry Cavendish angol tudós izolálta 1766- ban ezt az ‚éghető levegőt‛, meghatározta térfogatsúlyát és felfedezte a hidrogén és oxigén durranógáz reakcióját, amelyből víz keletkezik.” A francia vegyész, Lavoisier ezért adta az elemnek a hidrogén (vízképző) nevet.

A könyv fő részének tekinthetjük a Hidrogéntechnológia fejezetet, amelyet a nagy mesemondó, Jules Verne 1874- ben megjelent „Rejtelmes sziget„ című regényéből vett párbeszéd idézettel kezd a szerző, melyet érdemes idézni:

„– De vajon milyen fűtőanyagot találnak ki majd szén helyett?

– Vízzel fűtik a gőzhajókat és mozdonyokat, vízzel forralják föl a vizet?

– Úgy bizony, méghozzá alkotóelemeire bontott vízzel, …s a víz felbontását kétségkívül elektromosság végzi majd…”

Ez a gondolat számos tudományos-fantasztikus regény szerzőjének fejéből is kipattant.


A könyv szerzője fontosnak ítéli meg, hogy a hidrogéntechnológia alkalmazásának feltétele a hidrogén olcsó előállítása. A hidrogén előállításának egyik legrégebbi technológiájának a szén elgázosítását tekinthetjük. Szénhordozóként barnaszenet, kokszot és szénhidrogéneket – kőolajat, földgázt – használhatunk. A szénhidrogéneket hő- vagy kémiai energia hozzáadásával lehet szétválasztani. A hidrogéntermelésnek napjainkig a víz-szén-reakció, vagy a kőolaj gázzá alakítása révén történő redukciója a legolcsóbbnak tekinthető eljárás, de ennek során a szén- dioxid és a hidrogén metánnal, kénkötésekkel, nitrogénnel és kátránnyal szennyeződik. Ezen eljárások során nem nyerünk tiszta hidrogént, amelyet elektrolízis alkalmazásával állíthatunk elő.

A könyv részletesen foglalkozik a hidrogén előállítás legérdekesebbnek tekinthető eljárásával, a víz elektrolízissel, amelyhez nagyon sok energia szükséges. A vizet, hogy elektromosan szét tudjuk választani, elektromosan vezetővé kell tennünk, sav vagy lúg hozzáadásával. Ha két elektródot az elektrolitba helyezzük és egyenfeszültséget vezetünk bele, akkor a pozítív elektródon (az anódon) az oxigén, a negatív elektródon (a katódon) a hidrogén válik ki, a következő tömegarányban: oxigén: hidrogén = 7,936:1.


A szerző bemutatja az elektrolízis négy módszerét, melyeket érdemes megismernünk:

• Légköri nyomású elektrolízis, 20oC-on, soros kapcsolású folyadékcellákban. Hatásfoka kb. 60–70%.

• Közepes nyomású (10 bar) elektrolízis magasabb hőmérsékleten. Hatásfok > 70%, tehát kisebb az áramigénye. Ennél problémát jelenthet a rendszer hőszigetelése.

• Szilárd anyagú elektrolízis. A folyékony elektrolit helyére egy teflonszerű membrán kerül, tiszta vízzel működik. A hatásfoka elérheti a 80%-ot.

• Magas hőmérsékletű gőzelektrolízis. Ennél kerámiából készült magasnyomású és -hőmérsékletű, gázáteresztő , pórusos szerkezetű cellákat alkalmaznak. Az üzemi nyomás 30 bar, a technológiai hőmérséklet kb. 1000 oC A cellákba tiszta vízgőzt engednek. Hatásfok kb. 90%. Előnye, hogy a berendezés egyszerre működik átalakítóként és tárolóként. 1998 óta ilyen berendezés látja el a H2 kutat a müncheni repülőtéren.


A könyvben a hidrogén szállításáról és a tárolásáról is részletes információt kapunk Ezek szerint a hidrogén mind a három halmazállapotában szállítható és tárolható, ez egy nagyon kedvező tulajdonságot jelent. Nagytávolságokon elsősorban acél-csővezetéken szállítják – gázállapotban – akárcsak a földgázt. A hidrogén cseppfolyós halmazállapotban is szállítható csővezetékben, csak jó kell hőszigetelni, pl. kétfalú csövek alkalmazásával. A két cső között vákuumnak kell lennie. A hidrogén cseppfolyósítása –253oC-on lehetséges. A hidrogéngáz tárolható, pl. föld alatt tavernákban és sódómokban. A tárolás szempontjából a leglényegesebb a sűrítési technológia alkalmazása. Ennek során különbséget tehetünk nagy- és kis térfogatú tárolás vagy kis- és nagynyomású tárolás között.

A könyv foglalkozik a hidrogén alkalmazás lehetséges veszélyeivel is. A hidrogéngáz „rossz” híréhez hozzájárul a széles robbanóképes koncentráció (4  térf. % – 75 térf. %).

A könyvben nagyon részletes képet kapunk a tüzelőanyagcellákról, és annak különböző típusairól. A tüzelőanyagcella előnye, hogy a hidrogénben tárolt kémiai energiát közvetlenül – mechanikai munka beiktatása nélkül – alakítja át árammá. A tüzelőanyagcellában az elektrolízis fordított folyamata játszódik le.

A könyv külön fejezetben vázolja fel a hidrogén alapú gazdaság kialakulásának egyes múltbeli és jövőbeni lépéseit. Úgy véli, hogy most már „ nincs visszaút” A feladat az, hogy a nagy erőműveket, melyek csupán áramot termelnek, energia-erőművekké alakítsák át. Ennek során az energia három formája jeleni meg, mégpedig áram, távhő és hidrogén. A szerző úgy véli, hogy a hidrogént így helyben – alternatív energiaforrások felhasználásával elektrolízis útján lehet előállítani. Erre példának a Dániában üzemelő partközeli szélerőmű-parkokat említi és utal a Németországban létesíthető szélerőmű-parkokra.

Persze a házi erőművek telepítésének a lehetőségét sem szabad kihagyni. A tetőre szerelt napelemekkel termelt villamos energiával hidrogént állíthatnak elő, mely a napsugárzásban szegény időszakban kielégítheti a ház energiaigényét. Az előállított hidrogén a hidrogénüzemű autókat is el tudja látni üzemanyaggal.

A szerző meglátása szerint Izland és Hawai mellett Japánt, Nyugat-Kanadát és Floridát tekinthetjük a hidrogénalapú gazdaság éllovasainak. Európában négy–öt mintarégiót hoznak létre, ahol a hidrogénprojektek kipróbálásra kerülhetnek. A szerző a könyvét végül azzal zárja, hogy „…belátható időn belül a növekvő hidrogéngazdálkodás lesz majd a jellemzőbb…”.
 

Dr. Barcsik József

aranyokleveles gépészmérnök

Utoljára frissítve: 2021. március 06. szombat, 11:42
Címkék: