Kevesebb szennyezőanyag, kevesebb zaj – többek között ezek a pozitív elvárások jelennek meg az elektromos meghajtású járművekkel kapcsolatban. Amikor az elektromobilitásról van szó, a legtöbb embernek a nagy akkumulátorral rendelkező járművek jutnak eszébe, amelyeket konnektorról lehet feltölteni. Pedig van egy másik meghajtási technológia is, amelytől a közlekedési szakemberek sokat várnak – többek között a hosszú töltési idők kiküszöbölését.

A szóban forgó technológia a hidrogénmotor, más néven az üzemanyagcellás elektromos jármű, vagy FCEV. Mielőtt megvitatnánk a hidrogén üzemanyagcellás autók előnyeit és hátrányait, valamint az ezzel járó költségeket és kockázatokat, először röviden felvázoljuk, hogyan működik ez a technológia.

A hidrogén üzemanyagcellás autók elektromos motorral működnek, ezért e-autóknak minősülnek. Az általános rövidítés az FCEV, ami a „Fuel Cell Electric Vehicle” (üzemanyagcellás elektromos jármű) rövidítése, szemben a BEV vagy „Battery Electric Vehicle” (akkumulátoros elektromos jármű) rövidítéssel.

Van egy lényeges különbség a hidrogén üzemanyagcellás autók és más elektromos járművek között: a hidrogénautók maguk állítják elő az elektromos áramot. Tehát a teljesen elektromos vagy plug-in hibrid járművekkel ellentétben a jármű nem egy beépített akkumulátorról kapja az energiát, amelyet külső áramforrásról lehet tölteni (➜ Bővebben: Útmutató az elektromos autókhoz és a plug-in hibridekhez). Ehelyett a hidrogénautók gyakorlatilag saját hatékony erőforrással rendelkeznek a fedélzeten: az üzemanyagcellával.

Az üzemanyagcella-technológiában egy fordított elektrolízisnek nevezett folyamat zajlik, amelynek során a hidrogén az üzemanyagcellában oxigénnel lép reakcióba. A hidrogén az FCEV-be épített egy vagy több tartályból származik, míg az oxigén a környező levegőből. A reakció egyetlen eredménye az elektromos energia, a hő és a víz, amely a kipufogógázon keresztül vízgőz formájában távozik. A hidrogénüzemű autók tehát helyileg emissziómentesek – erről egy perc múlva bővebben.

A hidrogénmotor üzemanyagcellájában termelt villamos energia az adott vezetési helyzet igényeitől függően kétféleképpen is keletkezhet. Vagy a villanymotorba áramlik, és közvetlenül az FCEV-t hajtja, vagy feltölt egy akkumulátort, amely tárolja az energiát, amíg a motornak szüksége van rá. Ez az akkumulátor, az úgynevezett Peak Power Battery lényegesen kisebb és ezért könnyebb, mint egy teljesen elektromos autó akkumulátora, mivel az üzemanyagcella folyamatosan tölti.

Más e-autókhoz hasonlóan a hidrogénüzemű járművek is képesek a fékezési energia visszanyerésére. Az elektromos motor az autó mozgási energiáját visszaalakítja elektromos energiává, és a tartalék akkumulátorba táplálja.

Egy adott meghajtási technológia előnyeit és hátrányait két fő nézőpontból lehet vizsgálni: a felhasználó és a környezet szempontjából. Ahhoz, hogy a belső égésű motorok alternatívájaként sikeres legyen, a technológiának felhasználóbarátnak kell lennie, és jelentősen csökkentenie kell a szennyezőanyag-kibocsátást. Először is megvizsgáljuk a hidrogén üzemanyagcellás autók vezetői/tulajdonosai számára a legfontosabb előnyöket és hátrányokat – Axel Rücker, a BMW Group hidrogén üzemanyagcellás programvezetőjének segítségével.

Előnyök a felhasználók számára:

• A hidrogén üzemanyagcellás autók meghajtása tisztán elektromos. Ha vezet egyet, az érzés hasonló egy hagyományos elektromos autó vezetéséhez. Mit jelent ez? Gyakorlatilag nincs motorzaj és lendületes az elindulás, mivel az elektromos motorok már alacsony fordulatszámon is teljes nyomatékot biztosítanak.

• További előnye a gyors töltési idő. A töltőállomástól és az akkumulátor kapacitásától függően a teljesen elektromos járművek teljes feltöltéséhez jelenleg 30 perc és több óra közötti időre van szükség. Az üzemanyagcellás autók hidrogéntartályai ezzel szemben kevesebb, mint öt perc alatt megtelnek és újra indulásra készek. A felhasználók számára ez a jármű rendelkezésre állását és rugalmasságát a hagyományos autókéval teszi egyenértékűvé.

• A hidrogénüzemű autók hatótávolsága egyelőre még mindig nagyobb, mint a tisztán elektromos autóké. Egy teli hidrogéntartály körülbelül 300 mérföldig (kb. 480 kilométer) tart. Az akkumulátoros autók ezt nagyon nagyméretű akkumulátorokkal érhetik el – ami viszont a jármű súlyának és a töltési időnek a növekedéséhez vezet.

• Az üzemanyagcellás járművek hatótávolsága nem függ a külső hőmérsékletétől. Más szóval nem csökken hideg időben.

Jelenlegi hátrányok a felhasználók számára:

A hidrogén üzemanyagcellás autók legnagyobb hiányossága jelenleg az üzemanyag-utántöltési lehetőségek szűkössége. A hidrogénmotor feltöltése speciális üzemanyagszivattyúknál történik, amelyek a jövőben valószínűleg a hétköznapi töltőállomásokon is helyet kapnak majd. A dolgok jelenlegi állása szerint azonban még mindig nagyon kevés üzemanyagtöltő állomás van a hidrogénüzemű autók számára. Az Egyesült Államokban 2019 végén mindössze mintegy 40 volt, szemben a németországi kb. 80 állomással.

„A hidrogén üzemanyagcellás technológiával kapcsolatban a tyúk és a tojás problémájával állunk szemben” – magyarázza Rücker, a BMW szakértője. „Amíg a hidrogénüzemű autók töltőállomás-hálózata ilyen szegényes, addig az ügyfelek alacsony kereslete nem teszi lehetővé az üzemanyagcellás járművek nyereséges tömeggyártását. Amíg pedig alig van hidrogénüzemű autó az utakon, addig az üzemeltetőknem szívesen fogják bővíteni töltőállomás-hálózatukat.”

A BMW hazája, Németország élen jár a hidrogén üzemanyagcellás autók infrastruktúrájának kiépítésében. Az ottani tankolási infrastruktúra bővítésének előmozdítása érdekében a BMW-hez hasonló járműgyártók a hidrogéngyártókkal és töltőállomás-üzemeltetőkkel közösen a Clean Energy Partnership kezdeményezésben egyesítették erőiket, amelynek keretében 2022-re 130 töltőállomásra tervezik bővíteni a hidrogén töltőállomás-hálózatot. Ez lehetővé tenné mintegy 60 000 hidrogénüzemű autó üzemeltetését Németország útjain. A következő cél – az üzemanyagcellás járművek számának megfelelő növekedésével – 2025-re 400 töltőállomás lesz. Rücker szerint több töltőállomásra van szükség a szomszédos országokban is, hogy ténylegesen lehetővé váljon a Németországon kívüli utazás is FCEV-vel.

A szerény töltőállomás-hálózat mellett van egy másik oka is a hidrogén üzemanyagcellás autók iránti egyelőre alacsony keresletnek: viszonylag drága a beszerzésük. A piacon már kapható néhány üzemanyagcellás járműmodell ára egy közép- vagy felső-középkategóriás jármű esetében 80 000 USD körül van. Ez majdnem kétszerese a hasonló, teljesen elektromos vagy hibrid járművek árának.

Számos oka van annak, hogy a hidrogén üzemanyagcellás autók még mindig drágák. A kis darabszám mellett, ami azt jelenti, hogy a gyártás volumenének még nőnie kell, ott van a nemesfém, a platina szükségessége is, amely katalizátorként működik az energiatermelés során. A járművek üzemanyagcelláihoz szükséges platina mennyisége már most is jelentősen csökkent. „Az általános cél az, hogy a hidrogénüzemű autók ára a többi elektromos autóéhoz hasonló szintre csökkenjen” – magyarázza Rücker.

A magas vételár másik oka, hogy a hidrogén üzemanyagcellás autók általában elég nagyok, mivel a hidrogéntartály(ok) sok helyet foglalnak el. Ezzel szemben a tisztán akkumulátoros elektromos járművek meghajtóegysége kis autókban is elfér. Ezért a klasszikus elektromos autók jelenleg minden járműosztályban megtalálhatók.

Egy meghajtási technológia költséghatékonyságában és elfogadottságában a beszerzési költségen kívül az üzemeltetési költségek is fontos szerepet játszanak. A hidrogén üzemanyagcellás autók esetében ezek a költségek nem utolsósorban az üzemanyag árától függnek. Jelenleg 1 font (0,45 kg) hidrogén ára az Egyesült Államokban 14 USD körül van, míg Németországban 4,80 USD (ez az az ár, amelyben a H2 Mobility partnerei megállapodtak). Egy FCEV körülbelül 28 mérföldet (45 km) tud megtenni 1 font (0,45 kg) hidrogénnel.

A hidrogénüzemű autók kilométerenkénti üzemeltetési költségei tehát jelenleg majdnem kétszer olyan magasak, mint az otthon feltöltött akkumulátoros járműveké. Rücker arra számít, hogy ezek az üzemeltetési költségek közeledni fognak egymáshoz: „Ha a hidrogén iránti kereslet növekszik, az ár 2030-ra 2,50 USD/lb (5,60 USD/kg) körüli szintre csökkenhet.”

Környezetvédelmi szempontból ideális lenne egy olyan autó, amely kizárólag megújuló energiát használ, és nem bocsát ki károsanyagot. Nézzük meg, hogy az üzemanyagcellás autók mennyire állnak közel ehhez a célhoz más meghajtási módokhoz képest:

• Az alternatív meghajtási rendszereket úgy tervezték, hogy csökkentsék a szennyező anyagok kibocsátását, különösen az éghajlatkárosító CO2-t, de más káros gázokat, például a dinitrogén-oxidot is. A hidrogénmotorok kipufogógáza tiszta vízgőzből áll. A hidrogén üzemanyagcellás technológia ezért helyileg kibocsátásmentes. Ez azt jelenti, hogy tisztán tartja a városok levegőjét, de vajon ezzel egyidejűleg védi az éghajlatot is?

• Ez attól függ, hogy milyen körülmények között állították elő az üzemanyagcellás járművek hidrogénjét. A hidrogén előállításához villamos energia szükséges. Ezt az energiát arra használják, hogy a vizet az elektrolízis folyamatán keresztül alkotóelemeire, hidrogénre és oxigénre bontják. Ha a felhasznált villamos energia megújuló energiaforrásokból származik, akkor a hidrogén előállítása semleges karbonlábnyomot eredményez. Ha viszont fosszilis tüzelőanyagokat használnak fel, az végső soron kihatással lesz a hidrogént használó üzemanyagcellás autók szén-dioxid-kibocsátására. Az, hogy ez a hatás mennyire erős, a felhasznált energiaszerkezettől függ. Ebben a tekintetben a hidrogén üzemanyagcellás autók nem különböznek más elektromos járművektől.

• A hidrogén előállításának egyik hátránya azonban az elektrolízis során keletkező veszteség. Az „energiától a jármű meghajtásáig” tartó energialánc teljes hatásfoka ezért csak fele a BEV-ekhez viszonyítva.

• A hidrogén azonban előállítható olyan időszakokban, amikor a megújuló energiaforrásokból származó villamos energiából túlkínálat van, amikor az aktuálisan termelt szél- vagy napenergiát más módon nem használják fel. Ebben óriási lehetőségek rejlenek.

• A hidrogén számos ipari folyamat mellékterméke is, ahol túl gyakran hulladékként kezelik, és nem használják fel. Az üzemanyagcella-akkumulátor lehetőséget kínál e hidrogén újrahasznosítására, bár előbb meg kell tisztítani.

• A hidrogén üzemanyagcellás autók energiamérlegében a hidrogén szállítását és tárolását is figyelembe kell venni. Az alkalmazott szállítási technológiától (folyékony vagy gáznemű) függően a sűrítés, hűtés, szállítás és tárolás különböző költségei merülnek fel. Jobb szállíthatósága és tárolhatósága miatt a tendencia a folyékony hidrogén felé mutat. Mindazonáltal a hidrogén szállítása és tárolása – ebben a szakaszban – még mindig jóval összetettebb és energiaigényesebb, mint a benziné vagy a dízelé. A fosszilis tüzelőanyagokkal ellentétben a hidrogén bárhol előállítható, ahol áramhoz és vízhez van hozzáférés, elméletileg még az üzemanyagcellás autók tényleges töltőállomásain is. Egy fejlettebb infrastruktúra tehát a jövőben jelentősen lerövidítheti a szállítási távolságokat.

Összefoglalva, a hidrogén üzemanyagcella-technológiában rejlik a lehetőség, hogy lehetővé tegye a környezetbarát és fenntartható mobilitást. Axel Rücker, a BMW szakértője szerint ehhez azonban mindenekelőtt a megújuló energiaforrások felhasználására lenne szükség a felhasznált hidrogén előállítása során, valamint a technológiai infrastruktúra bővítésére a szállítási távolságok lerövidítése érdekében.

Mi történik, ha a hidrogén ellenőrizetlen reakcióban kerül az oxigénnel? Sokan emlékeznek erre aziskolai kémiaóráról. Egy robbanásveszélyes reakciót kapunk, amelyet oxihidrogéngáz reakciónak nevezünk. Bár a hidrogén gyúlékony, ahogy ez is mutatja, de a hidrogén és az oxigén ellenőrizetlen reakciója egy FCEV működése során gyakorlatilag kizárt.

Ennek az az oka, hogy a hidrogén üzemanyagcellás autókban a hidrogént folyékony formában, vastag falú tartályokban tárolják, amelyek különösen biztonságosak. Mint Rücker hangsúlyozza, számos törésteszt igazolta a hidrogénautók tervezésének biztonságosságát: a tartályok sértetlenül kerültek ki a tesztekből, és nem szivárgott ki hidrogén.

Azt sem szabad elfelejtenünk, hogy a hidrogéntechnológia nem új, hanem számos területen kipróbált és bevált. A finomítók például ma már nagy mennyiségű hidrogént használnak technológiai gázként a nyersolaj feldolgozásához. A csővezetékek és a hidrogéntárolók szintén évtizedek óta működnek.

A BMW meg van győződve arról, hogy a hidrogén a jövőben a BEV-ek mellett jelentős mértékben hozzájárulhat a fenntartható mobilitáshoz – feltéve, hogy a szükséges hidrogén-infrastruktúra rendelkezésre áll, a hidrogén jó áron elérhető, és a járművek ára csökken. Ilyen körülmények között a hidrogén üzemanyagcellás autók jelenthetik azt a nulla károsanyag-kibocsátású technológiát, amely lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy megőrizzék a megszokott rugalmas vezetési szokásaikat.

A Hidrogéntanács, a vezető energetikai, közlekedési és ipari vállalatok globális kezdeményezése is meg van győződve erről. A tanács a hidrogént nemcsak az üzemanyagcellás járművek fenntartható jövőbeli meghajtási eszközeként, hanem a fűtés, a villamos energia és az ipar tiszta energiaforrásaként is látja