A hangyasav alakban történő hidrogén és CO2 tárolás
(2026 február)
A hangyasavas hidrogéntárolás egy lehetséges módszer a hidrogén biztonságos és stabil tárolására folyékony formában, a nagynyomású tartályok vagy a cseppfolyósításhoz szükséges hűtés nélkül, továbbá CO2 tárolást. A technológia lényege a hangyasav (HCOOH) reverzibilis kémiai átalakítása katalizátorok segítségével, azaz a hidrogén felvétele (tárolás) és a hidrogén felszabadítása (kinyerés).
Hidrogén tárolása (a hangyasav előállítása)
A folyamat során szén-dioxidot (CO₂) és hidrogént (H₂) reagáltatnak vizes közegben, katalizátor jelenlétében, amikor hangyasav keletkezik. A reakció lehetővé teszi a CO₂ hasznosítását és a zöldenergia tárolását.
Hidrogén felszabadítása (hangyasav bontása): ha a hangyasavat (vagy sóit, a formiátokat) katalitikus dehidrogénezésnek vetik alá, akkor a hangyasav hidrogénre (H₂) és szén-dioxidra (CO₂) bomlik. A szabályozható a folyamat: HCOOH → H₂ + CO₂
A hangyasav hidrogéntárolóként számos előnnyel rendelkezik a hagyományos tárolási módszerekkel szemben. a folyékony halmazállapotának köszönhetően közönséges, nem nyomásálló tartályokban, környezeti hőmérsékleten és nyomáson tárolható és szállítható. Alacsony toxicitás és gyúlékonyság jellemzi, de a hidrogénnel együtt felszabaduló szén-dioxidot (CO₂) el kell választani a tiszta hidrogén kinyeréséhez. Magas térfogati hidrogéntároló kapacitással bír (53 g H₂/L), bár a CO₂ leválasztása és visszaforgatása a ciklus fenntartásához további technológiai lépéseket és infrastruktúrát igényel. A gyakorlati alkalmazhatóság, például a járművekben való felhasználás fejlesztése folyik.
Hidrogén felszabadítása (hangyasav bontása): ha a hangyasavat (vagy sóit, a formiátokat) katalitikus dehidrogénezésnek vetik alá, akkor a hangyasav hidrogénre (H₂) és szén-dioxidra (CO₂) bomlik. A szabályozható a folyamat: HCOOH → H₂ + CO₂
A hangyasav hidrogéntárolóként számos előnnyel rendelkezik a hagyományos tárolási módszerekkel szemben. a folyékony halmazállapotának köszönhetően közönséges, nem nyomásálló tartályokban, környezeti hőmérsékleten és nyomáson tárolható és szállítható. Alacsony toxicitás és gyúlékonyság jellemzi, de a hidrogénnel együtt felszabaduló szén-dioxidot (CO₂) el kell választani a tiszta hidrogén kinyeréséhez. Magas térfogati hidrogéntároló kapacitással bír (53 g H₂/L), bár a CO₂ leválasztása és visszaforgatása a ciklus fenntartásához további technológiai lépéseket és infrastruktúrát igényel. A gyakorlati alkalmazhatóság, például a járművekben való felhasználás fejlesztése folyik.
A kutatások már nem "tisztán" hidrogéntárolóként tekintenek a hangyasavra, hanem egy folyékony CO₂-akkumulátorként. A hatékony leválasztást az jelenti, hogy a CO₂ soha nem hagyja el a folyadékfázist (vagy a zárt reaktort), így a rendszer "szén-dioxid-semleges" marad anélkül, hogy külső szén-dioxid-tároló infrastruktúrára lenne szükség. A szén-dioxid (CO2) tárolása a szén-dioxid-leválasztás és -tárolás (CCS) technológiai láncának utolsó lépése, melynek célja a gáz végleges elkülönítése a légkörtől.
A CO₂ tárolás legfontosabb mai módszerei:
a geológiai tárolás (Föld alatti formációkban) a legelterjedtebb módszer, ahol a CO2-t folyékony vagy szuperkritikus állapotban (nagy nyomáson) fecskendezik mélyen a föld alá, mély és porózus kőzetrétegekbe, amelyek sós vizet tartalmaznak, ez a típus rendelkezik a legnagyobb potenciális tárolókapacitással világszerte.
Kimerült olaj- és gázmezők is alalmasak, mert ezek a rétegek évmilliókig biztonságosan tárolták a szénhidrogéneket, bizonyítottan alkalmasak gázok zárására. Előnyük a meglévő infrastruktúra (kutak, vezetékek) és a geológiai adatok ismerete.
Művelésre alkalmatlan kőszéntelepeket is használnak, mert a CO2 a szén felületéhez kötődik, miközben kiszoríthatja a metánt, ami energiaforrásként hasznosítható. Bazaltformációk esetén a CO2 reakcióba lép a kőzettel (pl. bazalttal), és stabil karbonát ásványokká alakul, ami évezredekre rögzíti a szenet.
2. Óceáni tárolás elméletileg nagy kapacitással bír, a technológia még kutatási fázisban van, és jelentős környezeti kockázatokkal (pl. óceáni savasodás) járhat. Mélytengeri injektáláskor a gázt nagy mélységben engedik el, ahol az feloldódik a tengervízben vagy a tengerfenéken "CO2-tavakat" alkot, ha a ezt a gáz is tudja.
3. Ipari felhasználásnál (CCU) a leválasztott CO2 nem csak tárolható, hanem alapanyagként is szolgál. Olajkitermelésnél a gázt olajmezőkbe fecskendezik, hogy növeljék a kitermelés hatékonyságát, miközben a CO2 jelentős része a kőzetben marad. Vegyipari alapanyagként műanyagok, üzemanyagok vagy építőanyagok gyártásához használják.
Kimerült olaj- és gázmezők is alalmasak, mert ezek a rétegek évmilliókig biztonságosan tárolták a szénhidrogéneket, bizonyítottan alkalmasak gázok zárására. Előnyük a meglévő infrastruktúra (kutak, vezetékek) és a geológiai adatok ismerete.
Művelésre alkalmatlan kőszéntelepeket is használnak, mert a CO2 a szén felületéhez kötődik, miközben kiszoríthatja a metánt, ami energiaforrásként hasznosítható. Bazaltformációk esetén a CO2 reakcióba lép a kőzettel (pl. bazalttal), és stabil karbonát ásványokká alakul, ami évezredekre rögzíti a szenet.
2. Óceáni tárolás elméletileg nagy kapacitással bír, a technológia még kutatási fázisban van, és jelentős környezeti kockázatokkal (pl. óceáni savasodás) járhat. Mélytengeri injektáláskor a gázt nagy mélységben engedik el, ahol az feloldódik a tengervízben vagy a tengerfenéken "CO2-tavakat" alkot, ha a ezt a gáz is tudja.
3. Ipari felhasználásnál (CCU) a leválasztott CO2 nem csak tárolható, hanem alapanyagként is szolgál. Olajkitermelésnél a gázt olajmezőkbe fecskendezik, hogy növeljék a kitermelés hatékonyságát, miközben a CO2 jelentős része a kőzetben marad. Vegyipari alapanyagként műanyagok, üzemanyagok vagy építőanyagok gyártásához használják.
A hangyasavas hidrogéntárolásnál az alkalmas katalizátorok jelentik a nehézséget
A kutatások és az ipari prototípusok két fő irányt követnek: a homogén katalizátorok főként Irídium (Ir) és Ruténium (Ru) alapú fémkomplexek. melyek nagy hatékonysággal (magas TOF érték) működnek vizes közegben, enyhe körülmények között (25-80 °C).
A heterogén katalizátorok hordozóra (pl. szénre vagy fém-oxidra) vitt Palládium (Pd), Platina (Pt) vagy Arany (Au) nanorészecskék. Előnyük a könnyebb elválaszthatóság és az újrahasznosíthatóság. A legolcsóbblehetőségek a Mangán (Mn), Nikkel (Ni) vagy Réz (Cu) alapú katalizátorok. kisérletek a költségek csökkentése érdekében.
A kutatások és az ipari prototípusok két fő irányt követnek: a homogén katalizátorok főként Irídium (Ir) és Ruténium (Ru) alapú fémkomplexek. melyek nagy hatékonysággal (magas TOF érték) működnek vizes közegben, enyhe körülmények között (25-80 °C).
A heterogén katalizátorok hordozóra (pl. szénre vagy fém-oxidra) vitt Palládium (Pd), Platina (Pt) vagy Arany (Au) nanorészecskék. Előnyük a könnyebb elválaszthatóság és az újrahasznosíthatóság. A legolcsóbblehetőségek a Mangán (Mn), Nikkel (Ni) vagy Réz (Cu) alapú katalizátorok. kisérletek a költségek csökkentése érdekében.
A katalizátorok ára függ a felhasznált nemesfém aktuális tőzsdei árától és a gyártási technológiától. A 2026. februári adatok alapján a fémek piaci ára (uncia/USD):
Fém Piaci ár (USD / uncia) Jellemzők
Irídium ~$6650 legdrágább, de rendkívül stabil savas közegben.
Platina ~$2050 - $2109 Gyakran használt, stabil teljesítményt nyújt.
Palládium ~$1677 - $1696 Kiváló szelektivitás a hangyasav bontásánál.
Ruténium ~$1425 Gazdaságosabb alternatíva az irídium kiváltására.
A kész katalitikus rendszerek ára (pl. hordozóra felvitt vagy a komplex formák) jelentősen magasabb lehet a nyersanyagárnál. Például speciális ruténium-alapú katalizátorokat grammonként 10-20 USD körüli áron kínálnak a beszállítók, míg az ötvözött (Pt-Ir-Ru) katalitikus porok ára a 688 USD / gramm összeget is elérheti a Fuel Cell Store kínálatában. A katalizátor típust rangsoroják a hidrogéntisztaság (szén-monoxid-mentesség) szerint:
A hangyasavas hidrogéntárolás területén a 2024–2026 közötti időszakban több áttörés is történt, amelyek elsősorban a katalizátorok hatékonyságának növelésére és a szén-dioxid (CO₂) zárt körfolyamatban tartására törekednek. A legfontosabb friss kutatási irányok és eredmények (AI):
1. Zárt ciklusú CO₂-visszatartás (CO₂ retention)
A korábbi rendszerek egyik legnagyobb hátránya az volt, hogy a hidrogén kinyerésekor a CO₂ is felszabadult, amit újra be kellett gyűjteni.
Aminosav-alapú rendszerekben az új kutatások egy α-amino-savval (pl. lizin) segített rendszert mutattak be, amely egy homogén mangán-pincér komplexet használ. A megoldás 99,9%-os CO₂-visszatartást ért el tíz töltési-kisütési ciklus alatt, így nincs szükség a gáz folyamatos pótlására vagy bonyolult külső leválasztásra.
CO₂-hidrogénezés közvetlen kinyeréssel: Olyan eljárásokat is fejlesztenek, amelyek során a CO₂-t nem választják le, hanem egy köztes hordozóban (például 1-metilpirrolidin) tartják, ami jelentősen csökkenti az energiaköltségeket és a hangyasav nemkívánatos bomlását.
2. Új generációs katalizátoroknál a cél a nemesfémek (pl. ruténium, iridium) kiváltása olcsóbb és stabilabb anyagokkal.
Bimetallikus nanorészecskéknél a 2025-ös eredmények szerint a zeolit nanolapokra rögzített Pd-Ce (palládium-cérium) nanorészecskékkel rendkívül stabil és nagy aktivitású átalakítást értek el, amely még CO-szennyezett hidrogénnel is működőképes.
Nem-nemesfém (Ni, Fe) katalizátoroknál sikerült olyan nikkel-foszfid (Ni₃P) alapú katalizátorokat fejleszteni, amelyek teljesítménye 210 °C-on már vetekszik a platina-alapúakéval, miközben 99,6%-os szelektivitással termelnek hidrogént.
Bemutattak olyan Ni(Mn)-O-P/GaN nanoszálakat, amelyek több mint 4000 órán át stabilak maradtak, és képesek az ipari hulladékhőt (55–75 °C) hasznosítani a hidrogén kinyeréséhez.
3. Ipari méretnövelés és prototípusok
Ipari elektrolizálók: az OCOchem és a PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) közös projektjében 2024-25-ben ipari méretű CO₂-elektrolizálókat építettek, amelyek közvetlenül vízből, CO₂-ból és zöld áramból állítanak elő hangyasavat 80%-os hatékonysággal. A kombinált leválasztási és hasznosítási folyamatokkal a hangyasav előállítási költségét tonnánként 790 dollárról sikerült 490 dollárra mérsékelni.
A korábbi rendszerek egyik legnagyobb hátránya az volt, hogy a hidrogén kinyerésekor a CO₂ is felszabadult, amit újra be kellett gyűjteni.
Aminosav-alapú rendszerekben az új kutatások egy α-amino-savval (pl. lizin) segített rendszert mutattak be, amely egy homogén mangán-pincér komplexet használ. A megoldás 99,9%-os CO₂-visszatartást ért el tíz töltési-kisütési ciklus alatt, így nincs szükség a gáz folyamatos pótlására vagy bonyolult külső leválasztásra.
CO₂-hidrogénezés közvetlen kinyeréssel: Olyan eljárásokat is fejlesztenek, amelyek során a CO₂-t nem választják le, hanem egy köztes hordozóban (például 1-metilpirrolidin) tartják, ami jelentősen csökkenti az energiaköltségeket és a hangyasav nemkívánatos bomlását.
2. Új generációs katalizátoroknál a cél a nemesfémek (pl. ruténium, iridium) kiváltása olcsóbb és stabilabb anyagokkal.
Bimetallikus nanorészecskéknél a 2025-ös eredmények szerint a zeolit nanolapokra rögzített Pd-Ce (palládium-cérium) nanorészecskékkel rendkívül stabil és nagy aktivitású átalakítást értek el, amely még CO-szennyezett hidrogénnel is működőképes.
Nem-nemesfém (Ni, Fe) katalizátoroknál sikerült olyan nikkel-foszfid (Ni₃P) alapú katalizátorokat fejleszteni, amelyek teljesítménye 210 °C-on már vetekszik a platina-alapúakéval, miközben 99,6%-os szelektivitással termelnek hidrogént.
Bemutattak olyan Ni(Mn)-O-P/GaN nanoszálakat, amelyek több mint 4000 órán át stabilak maradtak, és képesek az ipari hulladékhőt (55–75 °C) hasznosítani a hidrogén kinyeréséhez.
3. Ipari méretnövelés és prototípusok
Ipari elektrolizálók: az OCOchem és a PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) közös projektjében 2024-25-ben ipari méretű CO₂-elektrolizálókat építettek, amelyek közvetlenül vízből, CO₂-ból és zöld áramból állítanak elő hangyasavat 80%-os hatékonysággal. A kombinált leválasztási és hasznosítási folyamatokkal a hangyasav előállítási költségét tonnánként 790 dollárról sikerült 490 dollárra mérsékelni.