A hidrogén a jövő üzemanyaga?
(2025 december)
A hidrogént gyakran a "jövő üzemanyaga"-nak nevezik. A válasz összetett, a napjainkban lett egyértelmű "igen". Ha hidrogént égetnek el, tüzelőanyag-cellában ≈ 70 %-os hatásfokkal használják fel, akkor csak vízgőz keletkezik, melléktermékként nem bocsát ki szennyező anyagot. Előnye a nagy az energiasűrűség, a hidrogén energiatartalma a tömegre vetítve ideálissá teszi nagy hatótávolságú közlekedési eszközök üzemanyagaként, például teherautókhoz, vonatokhoz és repülőgépekhez. A hidrogén nem elsődleges energiaforrás (természetben nem bányászható, mint a kőolaj), hanem energiatároló, átalakított energiahordozó. A más energiával (nap-, nukleáris-, vízi energia) célszerű előállítani. A ma használt hidrogén (úgynevezett "szürke hidrogén") többségét fosszilis forrásokból állítják elő, ami szén-dioxid-kibocsátással jár. Ahhoz, hogy zöld megoldás legyen, "zöld hidrogént" kell termelni, kizárólag megújuló energia felhasználásával, ami elég drága és energiaigényes folyamat. A hidrogén széles körű elterjedéséhez teljesen új szállítási, tárolási és töltőállomás-hálózatot építenek, ami hatalmas új beruházás. A hidrogén nagyon könnyű gáz, tárolása és szállítása nyomás alatt, cseppfolyósítva (-253 K fok) történik, ami nehézkesebb és költségesebb, mint a hagyományos üzemanyagoké. Használata kiegészíti az akkumulátoros elektromos járműveket. A hidrogén jövője nagymértékben függ a "zöld hidrogén" előállítási költségeinek csökkenésétől és a szükséges infrastruktúra kiépítését célzó kormányzati beruházásoktól. A beruházások ma támogatást kapnak a szélturbinák* 25-30 éves elévülési ideje miatt. A használt turbinalapátok selejtezésre kerülnek, ha újakat építenek, akkor sokkal nagyobb lapátokat építenének be, a használt turbinalapátokat elássák, a föld alá kerülnek* valamilyen technológiai védelemmel. A " karbonadó" mintájára a környezetvédők "lapátadó" bevezetését szorgalmazzák.
Szélturbinák kor szerint, és a asűrűségük
A hidrogén infrastruktúra kiépítettsége Európában 2025 jól halad: kb. 294 töltőállomás működött 2024 végén, bár az európai töltőállomások eloszlása erősen koncentrált: a legtöbb állomás Németországban működik (113), utána Franciaország (65), Hollandia (25) és Svájc (19) állomással. Globálisan a világon 2024 végén kb. 1 160 hidrogéntöltő állomás (HRS) működött. 2023-ban 37 új hidrogéntöltőt adtak át Európában, és érdekes módon a többség — ~92 % — már nem csak személyautókra, hanem nehéz teherjárművekre (busz, kamion) is alkalmas, ami mutatja, hogy a hidrogén-infrastruktúrát a nehéz teherjárművek fogják jobban használni. Az európai hidrogén-infrastruktúra bővítése nem csak tankolóállomásokban gondolkodik: jönnek hidrogén-átadó vezetékrendszerek, tárolók, terminálok, stb. ipari, energiatermelési célokra is. Egy 2025-ös felmérés szerint Európában jelenleg 50 165 km hidrogén-átviteli vezetékhálózat fejlesztése van tervben vagy folyamatban. Az új hálózatok részben a meglévő földgázvezeték rendszer át-/újrahasznosítása lehet, azaz nem új csöveket fúrnak, hanem a régieket alakítják át hidrogénhez. Az uniós szabályozás, az Alternative Fuels Infrastructure Regulation (AFIR) célul tűzte ki, hogy 2030-ra a fő európai közlekedési folyosókon (TEN-T) minden ~200 km-enként legyen hidrogén töltőállomás, továbbá minden nagyváros-csomópontban is legyen legalább egy. 2025-ben az unió közel 422 millió eurót csoportosított alternatív üzemanyag-infrastruktúrára, és ebből több tucat hidrogén-töltőállomás is támogatást kapott. Jelenleg Európa hidrogén-infrastruktúrája épülőben van, néhány száz tankolóállomás, egyre több fejlesztés alatt álló vezeték és hálózat. A célok (AFIR, EU finanszírozás, hidrogénhálózat-tervek) ambiciózusak: 2030-ra sűrű, átjárható és európai szintű hidrogén-rendszer kiépítése.
Üzemanyagcellás autó alváza
A hidrogén a H2 molekula kis mérete miatt szökik, szivárog, a fémekből diffúzióval kijuthat. Megfelelő anyagú tartály: hidrogénhez minősített acél vagy kompozit tartály (H2-es európai/ISO szabvány), és minősített tömítések és szelepek: teflon (PTFE), fém-tömítések, hidrogénálló O-gyűrűk használata esetén biztonságosan tárolható, szállítható, Fémekben ridegedést okozhat, hidrogénálló fémeket (pl. rozsdamentes acélok megfelelő típusa, nikkelötvözetek) használnak csővezeték esetén. Rozsdamentes acélokat (pl. 316L) gyakran használtak hidrogénre. Külön hidrogénre minősített acélok ellenállóbbak a hidrogén ridegedéssel szemben. A kompozit vagy belső bevonatú csövek csökkenthetik a diffúziót. A legtöbb szivárgás illesztéseknél történik, ezért teflon tömítéseket, fémgyűrűs tömítéseket, hidrogénre minősített O-gyűrűket használnak. A hidrogén a mikro résekbe is bejut, ezért finom minőségű megmunkálás kell. Pl. hidrogén-kompatibilis golyós-csapok vagy tűszelepek, minősített menetes és peremes kötéseket szükséges használni, és kerülni kell a rosszul megmunkált meneteket (ezek a leggyakoribb szivárgási pontok). A hidrogén színtelen, szagtalan, nagyon gyorsan terjed, szökik, a hidrogénérzékelő műszerek (elektrokémiai, katalitikus, optikai) rendszeres ellenőrzése is szükséges szivárgáskeresőkkel. Nyomásfokozatokra bontott rendszer, megfelelő tágulási terek. precíz menetkezelés, meghatározott meghúzási nyomatékok, rendszeres újratömítés és állapotellenőrzés is szükségesek.
Az LNG és a hidrogén szállítása hasonló
Az abszorpciós tárolás lényege, hogy a hidrogént elnyeletik egy abszorbens anyagban, így a gáz lassan szabadul fel, ezzel csökkentik a robbanásveszélyt.
(mmaws.bme.hu). Előnye, hogy a tárolás térfogatsűrűsége (hidrogén per térfogat) egyes abszorbenseknél több tízszerese lehet, mint egy 100 bar-os palackban. Hátrányai, hogy jelenleg nincs olyan abszorbens, amely megfelelne mind az elvárt energiasűrűségnek, mind a biztonsági, súly- és költség-korlátoknak, tehát nincs olyan anyag, amely lehetővé tenné, hogy egy hidrogénautó tankja versenyezzen súlyban/térfogatban a hagyományos autókkal.
Az abszorpciós anyagnak sok követelménynek kell megfelelnie: jó hidrogénbefogadó képesség, reverzibilitás (hidrogénre vonatkozóan), gyors töltés-kiürítés, tartósság, ellenállás szennyező anyagokkal szemben, alacsony sűrűség, nem mérgező, olcsó és újrahasznosítható legyen. A jelenlegi tárolási technológiák (sűrített gáz, cseppfolyós) vagy azok hiányosságai miatt még nem tekinthető „kész megoldásnak” a hidrogén közlekedési célú széles körű alkalmazása, de az üzemanyagcellák ≈ 70 %-os hatásfoka, és karbonsemlegessége nagyon csábító.
Az abszorbens hidrogéntárolók (nagy felületű porózus) anyagoknál a H₂ gyengén kötődik a felülethez , gyors ki- és betárolás lehetséges, de általában alacsony hőmérséklet vagy nagy nyomás kell a jó kapacitáshoz (MI válasz): a legígéretesebbek a jövőre nézve a
MOF-ok → könnyű, nagy kapacitás, gyors kinetika
Fejlett fém-hidridek (összetett hidridek, nanostrukturált MgH₂)
LOHC rendszerek → ipari és mobil felhasználásokban, porózus karbonszerkezetek grafénnel kombinálva. Részletesen:
a) MOF-ok (Metal–Organic Frameworks), extrém nagy fajlagos felület (2000–7000 m²/g), a legígéretesebb porózus anyagok.
Példa: MOF-5, HKUST-1, NU-1500, UTSA-76.
b) Porózus szén anyagok→ Olcsóbb és stabilabb, de kevesebb H₂-t tárol, mint a MOF-ok.
Aktivált szén
Grafén származékok
Szén nanocsövek
c) Kovamoszat alapú anyagok / aerogélek / zeolit-szerű szerkezetek
Alacsonyabb hidrogénkötő erő → korlátozott kapacitás.
2. Kémiszorpciós (kémiai kötésű) hidrogéntárolók, a hidrogén erősebben kötődik → nagy energiasűrűség, de gyakran magas hőmérséklet kell a kioldáshoz.
a) Fém-hidridek
Ezek tárolják a legtöbb hidrogént térfogatra vetítve.
MgH₂ – nagy hidrogéntartalom (~7,6 tömeg%)
LaNi₅H₆ – alacsony hőmérsékleten is jól működik (70–150 °C)
TiFeHₓ, ZrV₂ alapú hidridek
Komplex hidridek: LiBH₄, NaBH₄ (nagyon nagy kapacitás, de magas hőmérséklet kell)
b) Kémiai formában tárolók (folyékony szerves hidrogénhordozók, LOHC)
Toluol ↔ metilciklohexán, N-heterociklusos vegyületek → Nagy térfogati sűrűség, szobahőn stabilak, de katalizátor kell a hidrogén kioldásához.
3. Fizikai tárolás, ami technológiai megoldás a gyakorlatban:
a) Nagynyomású hidrogén tartályok, 350–700 bar
Autóipari használat (Toyota Mirai, Hyundai Nexo).
b) Folyékony hidrogén (LH₂), −253 °C, Nagy energiasűrűség térfogatra, de drága és energiaszigorú.
c) Szuperkritikus hidrogén: Kutatási fázisban.
*
Az első, Kulcson épült magyarországi szélturbina már a 25. évébe ért, és a ma is működő hazai szélerőművek szinte mindegyike a 2000-es években épült, azaz egyre inkább lehet számítani arra, hogy hulladékká válnak (https://www.portfolio.hu/gazdasag/20251201/kioregednek-az-elsokent-epult-szeleromuvek-ebbol-meg-nagy-baj-lehet-800770). A turbinalapátok minden bizonnyal selejtezésre kerülnek, mert az újakba nagyobb lapátokat építenek be. Hacsak valami csoda nem történik, akkor a turbinalapátok a föld alá kerülnek valamilyen technológiai védelemmel. Hiába van „nukleáris reneszánsz”, a használt fűtőelemek sorsa ott is gond,
Majdnem 35 év telt el azóta, hogy Dániában üzembe helyezték a világ első tengeri szélerőműparkját – ma pedig már a globális energiarendszerek fontos részei a szélfarmok. Az üzemidejük végét elérő szélerőművek leszerelése a keletkező jelentős hulladék miatt komoly kihívás elé állítja a zöld átállást. A kérdés ma már az, hogy mit kezdünk a leszerelt szélturbinalapátokkal. Közel 35 éve épült meg a világ első tengeri szélerőműparkja Dánia délkeleti részén. A 11 szélturbinából álló szélerőműpark 1991-ben csatlakozott a helyi villamosenergia-hálózathoz. Több mint 25 évnyi üzemeltetés után a szélerőműpark tulajdonosa és üzemeltetője már 2017-ben úgy döntött, hogy leszereli a szélerőműparkot.
Ahogy a dán szélerőmű kapcsán is problémaként jelentkezett, hogy miként hasznosítják a leszerelt szélturbinalapátokat, úgy a világ legnagyobb szélenergia-kapacitásával rendelkező Kínának is szembe kell néznie a növekvő turbinahulladék-mennyiséggel, és előre kell számítani az ezzel járó költségekkel.
A szélturbinák várható élettartama körülbelül 20-30 év. Nem minden egyes turbinaalkatrész 30 évre lenne tervezve, mert az alapok és a tornyok várhatóan teljesítik ezt az időtartamot, addig a lapátok, hajtóművek, generátorok és más kisebb alkatrészeket előbb kell javítani és cserélni. A cserére és javításra akkor kerül sor, amikor egy alkatrész elérte vagy túllépte működésének tervezett élettartamát, vagy túlzott működési kopás lépett fel. Sok alkatrészt korszerűsítenek a teljesítménynövelés részeként is. Sok alkatkarész, a felépítmény újrahasznosítható az élettartam végén. Egy tipikus szárazföldi turbina átlagos lapátja körülbelül 50 méter hosszú. A magasabb, tengeri turbinák lapátfesztávolsága akár 80-90 méter is lehet. A szélturbina tömegének 85–90%-a (az alapzat, a föld alatti vezetékek és más projekthez kapcsolódó infrastruktúra kivételével) újrahasznosítható anyagokból áll, beleértve az alumíniumot, acélt, rezet és vasat, amelyeket a turbinatoronyban és a hajtóműházban található alkatrészekben használnak. A szélturbina tömegének 6–14%-a áll kompozit alkatrészekből, mint például a lapátok, a hajtóműház és a rotor burkolata, amelyek nehezen, vagy sehogy sem újrahasznosíthatóak.
A lapátok nagyon finom üvegszálak és műanyagok kompozitjából készülnek, amelyeket rendkívül nehéz feldolgozni, így a lapátok a hulladéklerakókba kerülnek vagy esetleg elégetik azokat.
2021-ben a részlegesen átalakított turbinák életkora 9 és 16 év között volt, átlagos életkoruk 10 év volt. Az átalakítás magában foglalja az eredeti turbinák és alapjainak leszerelését, új szélturbinák és alapok építését, valamint a kapcsolódó elektromos gyűjtőrendszer cseréjét. Egy, a Nature-ben megjelent tanulmány a korábbi telepítések alapján rámutatott, hogy milyen lehet a szélturbina-lapátok hulladékának mennyisége és összetétele. A 104 turbinamodellt, 14 féle turbinakapacitást (150–5500 kilowatt) vizsgáló elemzés a hulladékkezelési lehetőségek környezeti és pénzügyi költségeit is értékelte. A jelenlegi telepítések és a jövőbeli előrejelzések alapján csak Kínában 2050-ig 7,7-23,1 millió tonna lapáthulladék keletkezik.
A legtöbb első generációs széllapátokat hulladékként kezelik, próbálkoznak már innovatív megoldásokkal a lapátok anyagában történő hasznosítására, például az építőiparban különböző szerkezetekben más építőanyagokban használják fel, vagy teljesen újrahasznosítják azokat új szerkezetekben, a köztéri padoktól kezdve buszmegállókon át az utcai szobrokig. A lapátok és a gondolák mérete és súlya megnehezíti a szállításukat és a velük való munkát. Egy 20 évig Ausztriában működött és lebontott szélerőműből készült kis lakás egy krémszínű, hosszúkás fémdoboz, tetején négy napelemmel és egyetlen tetőablakkal, az üvegajtók és a két végén található ablakok meglepően világos és szellős teret teremtenek a kompakt, 35 négyzetméteres épületben, kísérlet.
Európai szabályozás: a zöld technológiai ágazatból származó hulladékok mennyiségének növekedése jelentős környezeti és gazdasági terhet róhat a jövő generációira. Nagy kapacitásra lesz szükség a zöld technológiák hulladékainak kezeléséhez, valamint fejlettebb újrahasznosítási technikákra. Az EU első generációs szélturbinái most érik el élettartamuk végét, újrahasznosításuk technikai kihívást jelent, az alkatrészek gyártásához használt üvegszálas, hőre keményedő polimer kompozitanyagok újrafeldolgozása nehéz feladat. 2030-ra Európában várhatóan mintegy 14 ezer szélturbinát bontanak le, ami 40-60 ezer tonna lapáthulladékot eredményez. Németországban ez a mennyiség körülbelül 23 300 tonna lesz, Spanyolországban 16 ezer tonna, Olaszországban pedig 2300 tonna. Az amerikai szélenergia-ipar várhatóan követni fogja ezt a példát. A washingtoni kormányzat becslései szerint 2050-re a szélturbina-lapátok hulladékának mennyisége évi 200-370 ezer tonna között lesz, mivel a Biden-kormány alatt engedélyezett szélerőműparkok élettartama lejár. A világ legtöbb nagy nevű szélerőmű-fejlesztője ígéretet tett arra, hogy a régi lapátok a földben végezzék. Az a tény azonban, hogy a világ legrégebbi turbináinak egy részét elássák, az iparág egyértelmű fenntarthatósági deficitjét mutatja. Több európai ország, köztük Ausztria, Finnország, Németország és Hollandia, már bevezette a kompozitok, köztük a szélturbinalapátok hulladéklerakókba való elhelyezésének tilalmát. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) hulladéklerakási tilalmat kér a szélturbinalapátokra.