- 2024 végén a National Renewable Energy Laboratory (NREL) és a GKN Hydrogen üzembe helyezte az első ilyen jellegű, 500 kg-os hidrogén fém-hidrid „mega-tartályt” Coloradóban.
- Japán LH2-szállító hajója, a Suiso Frontier 2022-ben demonstrálta a cseppfolyós hidrogén Ausztráliából Japánba történő szállítását.
- A Hydrogenious LOHC Technologies a világ legnagyobb LOHC-üzemét, a Hector projektet építi Dormagenben, Németországban, hogy évente mintegy 1 800 tonna hidrogént tároljon egy benzil-toluol LOHC rendszerben; az engedélyezés 2025 áprilisában várható, a megnyitás tervezett időpontja 2027.
- Az Advanced Clean Energy Storage (ACES) Utah államban két sóbarlangot fog használni a 220 MW-os elektrolizáló farm által előállított hidrogén tárolására; kezdetben 2025-re 30%-os hidrogénkeveréket terveznek, a cél pedig 2045-re a 100%-os hidrogén.
- A Uniper sóbarlangos kísérleti projektje Németországban 2024 szeptemberében kezdte meg a hidrogén betárolását, és a korai eredmények sikeres tömítést és visszanyerést mutatnak.
- A Toyota Mirai üzemanyagcellás autók körülbelül 700 bar nyomáson tárolják a hidrogént a tartályokban, ami nagyjából 500–600 km (300+ mérföld) hatótávolságot tesz lehetővé.
- A HYBRIT földalatti hidrogéntároló barlangja Luleåban, Svédországban 100 köbméteres, és 2022-ben avatták fel.
- Az Európai Unió 2024 májusában jóváhagyta az IPCEI Hy2Move-ot a hidrogén értéklánc fejlesztésére, beleértve a tárolási innovációkat is.
- Egy 2024 végén végzett NASA-teszt olyan szigetelést mutatott be, amely mintegy 50%-kal csökkentette a cseppfolyós hidrogéntartályok párolgási veszteségét.
- A hidrogén cseppfolyósítása a teljes energiatartalmának mintegy 30%-át igényli, ami rávilágít a kriogén tárolás energiaigényére.
A hidrogént gyakran a tiszta energia gazdaság „jövő üzemanyagaként” emlegetik. De ahhoz, hogy ez a jövőkép megvalósuljon, egy kritikus kihívást kell megoldanunk: hogyan lehet a hidrogént hatékonyan, biztonságosan és nagy mennyiségben tárolni. Miért olyan fontos ez? A hidrogén korlátlan mennyiségben előállítható vízből és megújuló villamos energiából (így lesz „zöld hidrogén”), és felhasználásakor nem bocsát ki üvegházhatású gázokat – csak vizet. Emellett több energiát hordoz súlyegységenként, mint bármely más üzemanyag, ugyanakkor gázként rendkívül alacsony sűrűségű energy.gov. Gyakorlatilag ez azt jelenti, hogy a sűrítetlen hidrogénhez egy háznál is nagyobb tartályra lenne szükség, hogy ugyanannyi energiát tároljunk, mint egy benzintartályban. Ezért elengedhetetlenek a hatékony tárolási módszerek, hogy elegendő hidrogént lehessen ésszerű térfogatban elhelyezni járművek, energiarendszerek és ipar számára energy.gov. Ahogy a Nemzetközi Energiaügynökség fogalmaz: „A hidrogén az egyik vezető lehetőség a megújulókból származó energia tárolására”, potenciálisan a legalacsonyabb költséggel, hosszú távú, akár napokig vagy hónapokig tartó tárolás esetén is iea.org.
A hidrogén szerepe a globális energiatranzícióban sokrétű. Lehetővé teszi olyan szektorok dekarbonizálását, amelyeket nehéz villamosítani (mint például a nehézipar, a hajózás vagy a légi közlekedés), valamint a megújuló energiafelesleg tárolását arra az időre, amikor nem süt a nap vagy nem fúj a szél iea.org. Sok szakértő a hidrogéntárolást tartja a „hiányzó láncszemnek”, amely összekötheti a szakaszos megújuló energiatermelést a folyamatos, éjjel-nappali energiaigénnyel. „A hidrogén napjainkban példátlan lendületet élvez. A világnak nem szabad elszalasztania ezt az egyedülálló lehetőséget, hogy a hidrogén a tiszta és biztonságos energia jövőnk fontos részévé váljon,” mondta Fatih Birol, az IEA ügyvezető igazgatója iea.org. Röviden: a hidrogéntárolás elsajátítása kulcsfontosságú ahhoz, hogy a hidrogén tiszta üzemanyagként és energiapufferként betölthesse szerepét a nettó zéró gazdaságban.
Hogyan (és miért) tároljuk a hidrogént
Az olajjal vagy földgázzal ellentétben a hidrogén nem található meg készen a föld alatt – elő kell állítani, majd tárolni és szállítani kell a felhasználás előtt. A hidrogén tárolása azonban nem könnyű feladat, annak ellenére, hogy a hidrogén a legkönnyebb elem nrel.gov. Normál körülmények között diffúz gáz, ezért a mérnökök különféle módszereket fejlesztettek ki arra, hogy sűrűbben csomagolják a hidrogént a tároláshoz. Általánosságban a hidrogén tárolható fizikailag sűrített gázként vagy kriogén folyadékként, illetve kémiailag más anyagokban.
Miért éri meg mindezt a fáradságot? Mert a hatékony hidrogéntárolás lehetővé teszi, hogy tiszta energia tartalékokat halmozzunk fel. Például a felesleges nap- vagy szélenergiával vizet lehet bontani hidrogénné, amelyet eltárolnak, majd szükség esetén üzemanyagcellában vagy turbinában visszaalakítanak villamos energiává. Ez az energiaszolgáltatás időbeli eltolásának képessége kulcsfontosságú a megújuló energiaforrásokra épülő hálózatok számára. A hidrogéntárolás lehetővé teszi továbbá, hogy a üzemanyagcellás járművek elegendő üzemanyagot vigyenek magukkal hosszú távokra, és az ipari létesítmények tartalékot tartsanak fenn kritikus folyamatokhoz. Lényegében a hidrogén tárolása rugalmas energia valutává teszi – akkor állítjuk elő, amikor van felesleges zöld energia, és ott, illetve akkor használjuk fel, ahol és amikor szükség van rá.
A hidrogéntárolás főbb módszerei
Napjainkban a kutatók és az ipar többféle hidrogéntárolási módszert vizsgálnak, amelyek mindegyikének megvannak a maga előnyei és kihívásai:
- Sűrített hidrogéngáz: A legegyszerűbb módja a hidrogén tárolásának, ha gáznemű állapotban, nagynyomású palackokban tároljuk. A hidrogéngázt erős tartályokba préselik 350–700 bar nyomáson (5 000–10 000 psi) energy.gov, ami jelentősen növeli a sűrűségét. Így tárolják a hidrogént az üzemanyagcellás autók – például a Toyota Mirai tartályai ~700 bar nyomáson tartják a hidrogént, ami körülbelül 500–600 km (300+ mérföld) megtételére elegendő. A sűrített gáztárolás bevált és gyorsan utántölthető megoldás, de a tartályok terjedelmesek (vastag szénszálas falak), és még 700 bar nyomáson is a hidrogén energiasűrűsége térfogategységenként csak töredéke a benzinének. Ez az eljárás ideális járművek és kis léptékű tárolás esetén az egyszerűsége miatt, de nagyobb léptékben sok nagy palack vagy akár óriási tartály szükséges a tömeges tároláshoz.
- Folyékony hidrogén (kriogén tárolás): A hidrogéngáz lehűtése -253 °C-ra (-423 °F) folyékonnyá alakítja, így literenként sokkal nagyobb energiasűrűség érhető el energy.gov. A folyékony hidrogént (LH₂) évtizedek óta használják rakéta-üzemanyagtartályokban (például a NASA Saturn V és az Űrsikló esetében). Mostanában vizsgálják tömeges szállításra (tartálykocsikkal vagy akár hajókkal) és töltőállomásokon való alkalmazásra is. Az előnye, hogy a folyékony hidrogén körülbelül 8-szor sűrűbb, mint a 700 bar nyomású gáz. Ugyanakkor drága, szuper szigetelésű kriogén tartályokat igényel, és idővel valamennyi hidrogén elpárolog. A hidrogén ilyen hidegen tartása energiaigényes. A folyékony tárolás akkor éri meg, ha a legnagyobb sűrűségre van szükség – például Japán úttörő LH₂-szállító hajója, a Suiso Frontier 2022-ben demonstrálta a folyékony hidrogén szállítását Ausztráliából Japánba. A jövőben a folyékony hidrogén repülőgépeket és hajókat hajthat, vagy elosztási formaként szolgálhat, de a párolgási veszteségek és a hűtési költségek továbbra is komoly akadályt jelentenek.
- Fém-hidridek (szilárdtest-tárolás): Egy érdekes módszer a hidrogén szilárd anyagok belsejében történő tárolása. Bizonyos fémek és ötvözetek (például magnézium, titán vagy lantán-nikkel vegyületek) könnyen elnyelik a hidrogéngázt a kristályszerkezetükbe, így fém-hidridek keletkeznek – lényegében fém szivacsok a hidrogén számára. Ez a hidrogént stabil szilárd formává alakítja nrel.gov. Például egyes nikkelalapú ötvözetek mérsékelt nyomáson és hőmérsékleten képesek elnyelni a hidrogént, majd melegítés hatására leadni azt. A legnagyobb előny a biztonság és sűrűség: a hidrogén egy szilárd mátrixban van rögzítve, nincs szükség nagy nyomásra vagy extrém hidegre nrel.gov. Ez kiküszöbölheti a vastag falú tartályok szükségességét, és térfogat szerint nagyon kompakt (a fém-hidridek nagyobb térfogatsűrűséget érhetnek el, mint a folyékony H₂). Hátránya a súly – a fémek nehezek – és a felszabadításhoz szükséges hőenergia. A fém-hidrid rendszereket jelenleg állandó tárolásra demonstrálják. 2024 végén az NREL és a GKN Hydrogen vezetésével egy partnerség üzembe helyezte az első ilyen 500 kg-os hidrogén fém-hidrid „mega-tartályt” Coloradóban nrel.govnrel.gov. „Bár a fém-hidridek, mint hidrogéntárolási technológia, már évek óta léteznek, kereskedelmi léptékben viszonylag újak” – jegyzi meg Alan Lang, a GKN Hydrogentől. Az olyan bemutatók, mint az NREL-é, bizonyítják életképességüket és egyedi értéküket a biztonság, a helyigény és a hatékonyság terén a nagyléptékű energiatárolásban nrel.gov.
- Folyékony szerves hidrogénhordozók (LOHC-k): Egy másik újszerű megközelítés a hidrogént folyékony vegyszerekben tárolja, valamelyest úgy, mint egy újratölthető üzemanyagot. A folyékony szerves hidrogénhordozók stabil, olajszerű folyadékok (például toluol vagy dibenziltoluol), amelyek kémiailag „feltölthetők” hidrogénnel, majd „kimeríthetők”, hogy felszabadítsák azt. Lényegében a hidrogéngáz kémiszorbeálódik a folyadékba egy hidrogénezési reakció során, így hidrogénben gazdag folyadék keletkezik; később egy dehidrogénezési folyamat (hővel és katalizátorral) igény szerint felszabadítja a H₂ gázt en.wikipedia.org. Az LOHC-k nagy előnye, hogy a folyadék környezeti hőmérsékleten és nyomáson kezelhető – nincs szükség kriogenikára vagy nagynyomású tartályokra. Az LOHC-folyadékok a meglévő üzemanyag-infrastruktúrát használják: szivattyúzhatók és tankhajókkal szállíthatók, mint a benzin. Nem robbanásveszélyesek, és nagy mennyiségű hidrogént tudnak sűrűn tárolni (egyes LOHC-k tömegarányosan ~6–7% hidrogént tartalmaznak). A hátrány, hogy a kémiai reakciók energiaigényesek – a hidrogén felszabadításához fűtés szükséges, és katalizátorokra van szükség. Ez csökkenti a körfolyamat hatékonyságát (általában csak 60–70% hatékonyságú a felszabadítás hővisszanyerés nélkül) en.wikipedia.org. Azonban a kutatások ezen javítanak, és a biztonsági, valamint logisztikai előnyök meggyőzőek a hidrogén hosszú távú szállításához. Valójában 2020-ban Japán elindította a világ első nemzetközi hidrogén-ellátási láncát, toluol-alapú LOHC-t használva hidrogén szállítására Bruneiből Kawasaki városába en.wikipedia.org. Olyan nagyvállalatok, mint a német Hydrogenious LOHC Technologies, az LOHC technológia felskálázásán dolgoznak. A Hydrogenious a világ legnagyobb LOHC-üzemét (Hector projekt) építi a németországi Dormagenben, hogy évente mintegy 1 800 tonna hidrogént tároljon egy benzil-toluol LOHC rendszerben h2-international.com. A létesítmény 2025 áprilisában kapott engedélyt, és várhatóan 2027-ben nyílik meg h2-international.com. A Hydrogenious vezérigazgatója, Andreas Lehmann ezt bizonyítéknak nevezi „LOHC technológiánk érettségére és ipari léptékű alkalmazhatóságára” h2-international.com.
- Kémiai hordozók (ammónia és mások): A hidrogént közvetetten is lehet tárolni, ha más, hidrogénben gazdag vegyületekké alakítjuk, például ammóniává (NH₃) vagy metanollá. Az ammónia – amely hidrogén és nitrogén vegyülete – már most is széles körben előállított és világszerte szállított anyag (műtrágyaként), és literenként több hidrogént tartalmaz, mint a folyékony H₂, miközben nem igényel kriogén tartályokat (az ammónia -33 °C-on cseppfolyósodik, ami sokkal könnyebb, mint a H₂ -253 °C-os cseppfolyósítása). Az elképzelés az, hogy „zöld ammóniát” állítanak elő zöld hidrogénből, az ammóniát (amelyet könnyebb kezelni, mint a tiszta hidrogént) szállítják vagy tárolják, majd vagy közvetlenül üzemanyagként használják (egyes gázturbinákat és hajókat már átalakítanak ammónia égetésére), vagy a célállomáson visszaalakítják hidrogénné („crackelik”). Az előny az, hogy kihasználható a meglévő ammónia-infrastruktúra – csővezetékek, tartályok, hajók –, de az ammónia hidrogénné bontása energiaigényes és még nem elterjedt. Hasonlóképpen, a metanol vagy más szintetikus üzemanyagok is szolgálhatnak folyékony hidrogénhordozóként karbonsemleges módon (ha CO₂-ból és H₂-ből készülnek). Ezek a kémiai hordozók ígéretesek a hidrogén nemzetközi kereskedelmében: például a Közel-Keleten és Ausztráliában hatalmas zöld ammónia projektek tervezik, hogy ammóniát szállítanak energiaimportőröknek, mint a hidrogén helyettesítőjét. A hordozó kiválasztása gyakran a végfelhasználástól függ: üzemanyagcellákhoz és olyan járművekhez, amelyek tiszta H₂-t igényelnek, inkább a LOHC vagy a sűrített hidrogén lehet előnyös, míg hajók vagy erőművek üzemanyagaként az ammóniát közvetlenül is felhasználhatják.
Ezek a tárolási módszerek mindegyike a hidrogén energiasűrűségének növelését és a nehezen kezelhető tulajdonságainak menedzselését célozza, de egyik módszer sem a legjobb minden helyzetben. A gyakorlatban a tárolási technológiák kombinációja fog együtt létezni – a töltőállomásokon lévő nyomás alatti tartályoktól kezdve, a LOHC-t szállító tartálykocsikon át, a szilárdtest-tárolásig a tartalék áramellátó egységekben.
Műszaki kihívások és legújabb fejlesztések
A hidrogéntárolás sokat fejlődött, de jelentős műszaki kihívások maradtak. Az egyik alapvető probléma a nagy sűrűség elérése anélkül, hogy a rendszer túl nehéz vagy drága lenne. Például a járművekhez használt sűrítettgáz-tartályokat szénszálas kompozitból kell készíteni, hogy kibírják a 700 bar nyomást, ezek drágák és sok helyet foglalnak az autóban. Még így is egy tipikus 700 bar-os tartály csak körülbelül 5–6 kg H₂-t tárol – ez néhány száz kilométer megtételére elég. Olyan alkalmazásokban, mint a repülőgépek vagy a hosszú távú teherautók, a tárolás súlya és térfogata komoly kihívás az energiadús dízelhez vagy kerozinhoz képest. A folyékony hidrogén javítja a sűrűséget, de a elpárolgási veszteségek és a hidrogén cseppfolyósítására fordított energia (a teljes energiatartalom kb. 30%-a) hátrányt jelent. A hidrogén hírhedten szivárog – a H₂ molekula nagyon kicsi, és átjut olyan tömítéseken is, amelyek más gázokat visszatartanának. A szivárgásmentes rendszerek biztosítása és a szivárgás érzékelése kiemelt biztonsági szempont, mivel a hidrogén gyúlékony.
Egy másik kihívás a anyagkompatibilitás: a hidrogén idővel törékennyé tehet bizonyos fémeket (ezt a jelenséget nevezik hidrogénridegülésnek), ami gyengítheti a tartályokat vagy csővezetékeket energy.ec.europa.eu. A mérnököknek speciális acélokat vagy kompozitokat kell használniuk, és gondosan kell tesztelniük a berendezéseket – például az új hidrogéncsővezetékeket vagy tartályanyagokat szigorú nyomásciklus- és ridegülési teszteknek vetik alá a hosszú távú biztonság érdekében energy.ec.europa.eu. Felmerül továbbá a hatékonyság kérdése is: minden tárolási lépés (préselés, hűtés, abszorpció stb.) energiát igényel, ami csökkenti a „zöld hidrogén” rendszer összhatékonyságát. Ezeknek a veszteségeknek a csökkentése jobb technológiával folyamatos törekvés.
A jó hír az, hogy gyors előrelépések történnek számos területen. A kutatók új anyagokat fejlesztenek, például fém-organikus vázszerkezeteket (MOF-ok) – lényegében kristályos szivacsokat nanométeres pórusokkal –, amelyek nagy sűrűségben képesek adszorbeálni a hidrogént. Már több mint 95 000 MOF anyagot fedeztek fel, amelyek közül sok ígéretes a gáztárolás szempontjából southampton.ac.uk. 2024-ben a Southamptoni Egyetem egyik csapata új, szerves sókból készült porózus anyagot hozott létre, amely szivacsként tárolhatja a hidrogént, potenciálisan alacsonyabb költséggel és nagyobb stabilitással, mint a hagyományos MOF-ok southampton.ac.uk. Eközben olyan startupok, mint a H2MOF (amelynek társalapítója Sir Fraser Stoddart Nobel-díjas), versenyeznek a MOF-alapú hidrogéntárolás kereskedelmi forgalomba hozataláért, amely közel szobahőmérsékleten és alacsony nyomáson működhet, ami áttörést jelentene gasworld.comgasworld.com. Ahogy Sir Fraser Stoddart megjegyezte: „A hidrogén üzemanyagnak a legnagyobb az energiasűrűsége az összes éghető üzemanyag közül; ugyanakkor zéró kibocsátású.” gasworld.com Ez azt jelenti, hogy ha a tárolási problémát fejlett anyagokkal megoldjuk, a hidrogén valóban versenyezhet a fosszilis tüzelőanyagokkal a kényelem terén, miközben tiszta energiát biztosít.
A tartály- és infrastruktúra-technológia is fejlődik. A sűrített gáz esetében az új kompozit tartálytervek (IV. és V. típusú palackok) csökkentik a súlyt és növelik a járművek kapacitását. A vállalatok kriokomprimált hidrogént – a hideg és sűrített hidrogén hibridjét – tesztelnek, hogy több gázt tudjanak a tartályokba tölteni teljes cseppfolyósítás nélkül. A szilárd tárolás területén a közelmúltbeli NREL–GKN Hydrogen projekt bemutatta, hogy egy létesítmény hulladékhője hatékonyan használható fel a hidrogén felszabadítására fém-hidridekből, javítva a rendszer hatékonyságát nrel.govnrel.gov. Az 500 kg-os hidrid tárolóegység 2024-es üzembe helyezése azt mutatja, hogy a szilárdtest-tárolás a laboratóriumi méretről a gyakorlati, hálózatra kapcsolt méretre lép át nrel.gov. Hasonlóképpen, a LOHC-technológia is fejlődik: új katalizátorokat és hordozófolyadékokat fejlesztenek, hogy csökkentsék a hidrogén felszabadításához szükséges hőmérsékletet és energiát, miközben a valós körülmények között végzett kísérletek (például a Hydrogenious 5 tonna/nap LOHC tárolóegységei) igazolják a hosszú távú ciklizálhatóságot és gazdaságosságot. Minden egyes apró fejlesztés – egy tartály, amely több H₂-t tárol literenként, egy anyag, amely 10 °C-kal alacsonyabb hőmérsékleten engedi ki a H₂-t, egy szivattyú, amely csökkenti a párolgási veszteséget – közelebb viszi a hidrogéntárolást ahhoz a teljesítményhez, amely a széles körű elterjedéshez szükséges.
Infrastruktúra és biztonsági szempontok
A hidrogénalapú energiarendszer kiépítése nemcsak a tárolóközegről szól; támogató infrastruktúrát és szigorú biztonsági intézkedéseket igényel. Az infrastruktúra oldaláról képzeljünk el egy jövőbeli hidrogén-ellátási láncot – ez a termeléssel kezdődik (elektrolizálók vagy reformerek), majd elosztás (vezetékek, teherautók vagy hajók), aztán tárolás, végül a felhasználás (üzemanyagcellák, turbinák stb.). A lánc minden egyes eleme fejlesztés alatt áll napjainkban.
Vezetékek: A hidrogén nagy mennyiségű belföldi szállításának leghatékonyabb módja a vezetékeken keresztül történhet, hasonlóan a földgázhoz. Néhány ország dedikált hidrogénvezetékeket tervez (Európában egy javasolt „Hydrogen Backbone” hálózat szelné át a kontinenst), és addig is a hidrogén meglévő földgázvezetékekbe történő keverését tesztelik. Sok rendszerben megvalósítható, hogy a földgázhoz térfogat szerint körülbelül 20% hidrogént keverjenek, ami csökkentheti a szállított gáz CO₂-kibocsátását (bár ennél nagyobb arányú keverés gyakran új csöveket vagy fejlesztéseket igényel ridegedés és a berendezések kompatibilitása miatt). Az Egyesült Királyságban például a közműszolgáltatók lakónegyedekben végeztek próbákat, ahol a gázhálózatban 20%-os hidrogénkeveréket szállítottak a háztartásokhoz, a fogyasztók számára észrevehető különbség nélkül, kivéve a kissé alacsonyabb kibocsátást. Az Egyesült Államokban a SoCalGas „H2 Hydrogen Home” projektje mutatja be a hidrogén keverését a vezetékekben otthoni főzéshez és fűtéshez uci.edu. Hosszú távon a cél tiszta hidrogénvezetékek kiépítése ipari klaszterek és hidrogén „hubok” számára. A meglévő földgázvezetékek néha átalakíthatók – de ki kell cserélni azokat a szakaszokat, amelyek nem bírják a hidrogén tulajdonságait. Az EU már lépéseket tett ebben: egy 2024-es EU-irányelv megteremtette az alapot a hidrogénhálózat-üzemeltetők (ENNOH) és a földgáztól elkülönülő vezeték szabványok számára energy.ec.europa.eu.
Tömeges tároló létesítmények: Ahogyan a földgáz tárolására is hatalmas föld alatti üregeket használunk a szezonális kereslet kiegyenlítésére, ugyanezt megtehetjük hidrogénnel is. Valójában a föld alatti sókavernák egyre inkább megoldást jelentenek a nagyméretű hidrogéntárolásra, mivel a sóképződmények megfelelő tulajdonságokkal rendelkeznek (légmentesek, és kioldhatók belőlük nagy üregek). Figyelemre méltó példa Északkelet-Németországban található: az Uniper közműcég 2024 szeptemberében megnyitotta a „HPC Krummhörn” kísérleti projektet, egy sókavernát, amelyet legfeljebb 500 000 köbméter hidrogén nyomás alatti tárolására alakítottak át gasworld.com. Ezt a kavernát a nagyléptékű szezonális hidrogéntárolás valós körülmények közötti tesztelésére fogják használni, a nyáron előállított zöld hidrogént téli felhasználásra tárolva gasworld.com. Az Egyesült Államokban egy még nagyobb projekt, az Advanced Clean Energy Storage (ACES) épül Utah államban. Egy 504 millió dolláros DOE hitelgaranciával támogatva energy.gov, az ACES két hatalmas sókavernát (mindegyik több Empire State Building méretű) fog használni egy 220 MW-os elektrolizáló farm által előállított tiszta hidrogén tárolására energy.govenergy.gov. A tárolt hidrogén az Intermountain Power Project turbináit fogja táplálni – kezdetben 2025-ben 30%-os hidrogénkeverékkel, a cél pedig 2045-re a 100%-os hidrogénüzem energy.gov. Ezek a projektek jól mutatják, hogy a hidrogén hosszú távú energiatárolást biztosíthat a hálózat számára, hasonlóan egy hatalmas akkumulátorhoz, amely hónapokra képes eltárolni a megújuló energiafelesleget.
Szállítás és utántöltés: Kisebb léptékű elosztás esetén ma gyakoriak a sűrített hidrogén szállítócsöves pótkocsik (teherautók, amelyek nagy nyomású palackkötegeket szállítanak), amelyekkel H₂-t juttatnak el ipari felhasználókhoz és töltőállomásokhoz. Egy-egy pótkocsi 300–400 kg H₂-t szállíthat. A jövőben a folyékony hidrogénes tartálykocsik (szigetelt, kriogén teherautók, hasonlóan az LNG-szállítókhoz) nagyobb mennyiségeket (~3 500 kg teherautónként) tudnak majd eljuttatni a töltőállomásokhoz. Japán még egy bemutató folyékony hidrogén szállítóhajót is indított, ahogy említettük, hogy a tengeri szállítást is teszteljék. Egy hidrogén-töltőállomás hálózat kiépítése kulcsfontosságú az üzemanyagcellás járművek számára – 2025-re világszerte már több mint 1 000 állomás működik (Japán, Németország, Kalifornia és Dél-Korea vezetnek), de sokkal többre lesz szükség, ha a hidrogénjárművek elterjednek. A kormányok támogatják ezeknek az állomásoknak a bővítését, gyakran meglévő benzinkutak mellett, speciális biztonsági érzékelőkkel, szellőztetéssel és vészleállítókkal kialakítva.
Ami a biztonságot illeti, ez érthető módon komoly aggodalomra ad okot, tekintettel a hidrogén hírnevére (a Hindenburg-mítosz élénken él a köztudatban). Valójában a hidrogén ugyanolyan biztonságosan kezelhető, mint más általános üzemanyagok, de eltérő tulajdonságai miatt gondos mérnöki tervezést igényel. A hidrogén rendkívül gyúlékony a levegőben széles koncentráció-tartományban (kb. 4%–75% H₂ a levegőben meggyulladhat). Előny viszont, hogy nagyon magas az öngyulladási hőmérséklete (vagyis jelentős hőforrás szükséges a meggyulladáshoz), és molekulái annyira könnyűek, hogy ha szivárgás történik a szabadban, a hidrogéngáz gyorsan felemelkedik és szétoszlik – ellentétben a benzinnel vagy propánnal, amelyek a talajon összegyűlhetnek. Ez a gyors szétoszlás csökkentheti a tűz kockázatát nyílt térben. Zárt térben azonban a hidrogén a mennyezet közelében felhalmozódhat (mivel könnyebb a levegőnél), ezért a létesítményeknek megfelelő szellőzést és hidrogénérzékelőket kell alkalmazniuk. Egy szokatlan tulajdonság, hogy a hidrogén szinte láthatatlan lánggal ég nappali fényben; ezért hidrogénes helyszíneken lángérzékelőket (ultraibolya/infravörös szenzorokat) használnak, hogy észleljék azokat a gyulladásokat, amelyeket a szem nem lát.
Az anyag- és alkatrészszabványok szintén kulcsfontosságúak a biztonság szempontjából. A hidrogén hajlamos egyes fémeket rideggé tenni, ezért a tartályokat, szelepeket és csöveket kompatibilis anyagokból kell készíteni vagy bélelni (pl. rozsdamentes acél, polimerek, kompozitok, amelyek bizonyítottan ellenállnak a hidrogén behatolásának). Az összes járműhöz használt hidrogéntartály tűzpróbán, ejtési teszten és extrém nyomáspróbán megy keresztül, hogy biztosítsák, még súlyos balesetek esetén sem szakadnak fel. A töltőállomások kiváló minőségű, leválasztható csatlakozókat és földelő vezetékeket használnak a sztatikus szikrák megelőzésére. Az iparág átfogó kódokat és szabványokat (mint az ISO és NFPA szabványok) dolgozott ki, amelyek a hidrogénrendszerek tervezését szabályozzák, hasonlóan a földgáz esetében régóta alkalmazottakhoz.
A lakosság tájékoztatása is része a biztonságnak – például tudatni az emberekkel, hogy egy hidrogénautóban nem lehet érezni a hidrogénszivárgást (a H₂ szagtalan, ellentétben a földgáz merkaptános szagával), ezért szerelnek be automata érzékelőket. Összességében a hidrogén ipari környezetben (olajfinomítók, műtrágyagyárak, NASA létesítmények) szerzett évtizedes tapasztalatok bizakodásra adnak okot, hogy a megfelelő óvintézkedésekkel a hidrogén ugyanolyan biztonságossá tehető, mint a hagyományos üzemanyagok. Ahogy a hidrogéninfrastruktúra kiépül, a szabályozó hatóságok és a vállalatok „biztonság mindenekelőtt” megközelítést alkalmaznak, óvatos tervezési döntéseket hoznak, és alaposan tesztelik a rendszereket, hogy elnyerjék a közbizalmat.
Főbb szereplők, projektek és befektetések
A hidrogén globális térnyerése a szakmai szereplők és nagy befektetések széles körét mozgósította, az energiacégektől a technológiai startupokon át a kormányokig. Íme egy pillanatkép arról, kik hajtják a hidrogéntárolási fellendülést, és néhány kiemelt projekt:
- Ipari gázvállalatok: Olyan bejáratott cégek, mint a Linde, az Air Liquide és az Air Products, amelyek régóta szállítanak hidrogént az ipar számára, jelentős összegeket fektetnek be az új hidrogén-infrastruktúrába. Szakértők a nagyléptékű cseppfolyósítás, kompresszió és elosztás terén. Például az Air Liquide 850 millió dolláros beruházást jelentett be egy texasi hidrogénprojektbe az ExxonMobillal 2024-ben, amely magában foglalja új levegőelválasztó egységek és vezetékek építését egy hatalmas, alacsony szén-dioxid-kibocsátású hidrogén- és ammóniaüzem támogatására Baytownban, Texasban gasworld.com. Az Air Liquide és a Linde együtt több ezer kilométernyi hidrogénvezetéket üzemeltet (különösen az USA Mexikói-öböl partvidékén és Észak-Európában), amelyeket bővítenek. Ezek a vállalatok fejlesztik a tömeges hidrogéntárolást is – az Air Liquide hidrogén-cseppfolyósítókat épített (az egyik legnagyobb a világon Nevadában található, amely folyékony H₂-t szállít a nyugati part üzemanyagtöltő állomásaira). Az Air Products hatalmas „zöld hidrogén” előállítási és exportprojektekbe fektet be (például egy 5 milliárd dolláros projektbe Szaúd-Arábiában, amely zöld ammóniát állít elő exportra). Ezek a piaci szereplők mély mérnöki tudással rendelkeznek, és kulcsfontosságúak a tárolási technológiák felskálázásában (például a Linde gyártja a hidrogénprojektekben világszerte használt nagynyomású tartályok és kriogén edények jelentős részét).
- Energia- és olaj- & gázipari nagyvállalatok: Számos hagyományos olajvállalat és közműcég fordul a hidrogén felé. A Shell, a BP, a TotalEnergies és a Chevron hidrogénrészlegeket és pilotprojekteket indítottak. A Shell hidrogéntöltő állomásokat épített Európában, és partnere a REFHYNE projektnek (az EU egyik legnagyobb elektrolizátora egy németországi finomítóban). A BP egy tervezett ausztráliai hidrogénközpontban vesz részt. A Chevron befektetett az ACES projektbe Utah államban, és részesedése van a Hydrogenious LOHC-ban. Közel-keleti olajvállalatok (Saudi Aramco, ADNOC az Egyesült Arab Emírségekben) jelentős összegeket fordítanak hidrogén/ammónia exporttervekre, hogy a dekarbonizált világban is energiaszállítók maradjanak. Nagy közműcégek, mint az Uniper, az RWE, az Enel hidrogéntárolást fejlesztenek a hálózat kiegyensúlyozására, és a gázinfrastruktúra H₂-re való átállításán dolgoznak. A Mitsubishi Power szintén kulcsszereplő: hidrogénnel működő gázturbinákat szállít az utahi ACES projekthez, és 2023-ban mérföldkőnek számító tesztet hajtott végre egy japán erőműben, amely 30%-os hidrogén-üzemanyag keverékkel működött. Ezek a nagyvállalatok gyakran integrátorként működnek, egyesítve a termelést, a tárolást és a végfelhasználást a demonstrációs projektekben.
- Innovatív startupok: Másrészről számos startup és kutatási spin-off foglalkozik speciális tárolási technológiákkal. Említettük a H2MOF-ot (MOF anyagokra fókuszál). Egy másik példa a Hydrogenious LOHC (2013-ban alapították, ma már vezető az LOHC területén, Chevron és Mitsubishi támogatásával). A GKN Hydrogen (egy brit mérnöki vállalat támogatásával) fém-hidrid tárolórendszereket fejleszt mikrohálózatokhoz. A Plug Power főként üzemanyagcelláiról és elektrolizáló berendezéseiről ismert, de a hidrogén cseppfolyósításában és tárolásában is innovál, hogy országos hidrogén-ellátó hálózatát támogassa targoncák üzemanyag-ellátásához. Startupok dolgoznak továbbá kémiai hidrogéntároláson, mint például a Powerpaste (egy magnézium-hidrid alapú paszta, amelyet a Fraunhofer fejlesztett kis járművekhez), valamint új ammónia-bontó katalizátorokon. Az ökoszisztéma a kis, kockázati tőkével támogatott cégektől a nagy ipari konglomerátumokig terjed, mindannyian versenyeznek a hidrogén tárolásának és szállításának fejlesztéséért.
- Zászlóshajó projektek: A vállalatokon túl bizonyos projektek kiemelendők méretük és jelentőségük miatt:
- Advanced Clean Energy Storage (Utah, USA): Ahogy említettük, ez lesz a világ egyik legnagyobb hidrogén-energia tároló helyszíne, barlangi tárolással, amely egy nagyváros egy napi áramfogyasztásának felel meg. Összekapcsolja a nap- és szélenergiát, hatalmas elektrolizálókat, sóbarlangi tárolást és egy hidrogénnel működő erőművet energy.govenergy.gov. Kiváló példája a hidrogén szezonális hálózati tárolás célú felhasználásának.
- Hector LOHC Plant (Németország): A világ legnagyobb LOHC-alapú tárolóüzeme tervezés alatt (1 800 tonna H₂ évente). Kapcsolódni fog a Green Hydrogen @ Blue Danube hidrogénimport-projekthez, bemutatva az LOHC-t a régiók közötti hidrogénkereskedelemben h2-international.com.
- HyStock (Hollandia): A Gasunie projektje egy sóbarlang hidrogéntárolásra és kapcsolódó vezetékek fejlesztésére, a holland megújuló hidrogéntárolási stratégia részeként, hogy pufferelje a tengeri szélerőműveket.
- H₂H Saltend (Egyesült Királyság): Egy javasolt hidrogénközpont Északkelet-Angliában, ahol a felesleges ipari hidrogént tárolják (kezdetben felszíni tartályokban, később földalatti barlangokban), hogy egy közeli erőművet és ipart lássanak el.
- Asian Renewable Energy Hub (Ausztrália): Egy hatalmas tervezett üzem, amely Nyugat-Ausztráliában zöld hidrogént és ammóniát állít elő exportra, helyszíni tárolást és cseppfolyósítást igényelve. Bár elsősorban termelésközpontú, mérete miatt új tárolási technológiákat (például olajtartály-méretű ammóniatárolókat) is alkalmazni fognak.
- Japán-Ausztrália LH₂ ellátási lánc: Japán demonstrációs projektjei nemcsak LOHC-t szállítottak Bruneiből, hanem folyékony hidrogént is Ausztráliából. A Suiso Frontier LH₂ hajó 2022 elején mintegy 9 000 km-en szállított cseppfolyósított hidrogént, bizonyítva, hogy a tengeri szállítás megvalósítható. A japán Kawasaki Heavy Industries speciális tárolótartályokat épített, amelyek képesek -253 °C-on tartani a hidrogént az utazás során.
- EU Hidrogén Völgyek: Az EU olyan klasztereket (völgyeket) finanszíroz, ahol a hidrogéntermelés, -tárolás és -felhasználás integráltan működik. Ezek közül sok innovatív tárolási megoldásokat alkalmaz – például egy projekt Spanyolország Katalónia régiójában egy hidrogén völgyet épít ki földalatti tárolással egy kiürült gáztározóban, míg egy svéd völgy a HYBRIT projekt földalatti hidrogéntárolását integrálja az acélgyártásba.
- HYBRIT Acél Projekt (Svédország): Ez a projekt a szén helyett hidrogén felhasználásával alakítja át az acélgyártást. Az acélmű folyamatos hidrogénellátásának biztosítására a HYBRIT egy egyedülálló földalatti hidrogéntároló üreget épített Luleå-ban, Svédországban – lényegében egy régi, kibélelt és nyomás alá helyezett kőzetüreget, amely képes hidrogéngázt tárolni hybritdevelopment.se. 2022-ben avatták fel ezt a 100 m³-es tárolót, amely azóta sikeresen működik, megújulókból előállított hidrogént tárolva a kísérleti acélüzem számára hybritdevelopment.se. Bár kisebb léptékű, mint a sókavernák, úttörő módon alkalmazza a hidrogéntárolást a folyamatos ipari működés érdekében. Az acélipari példa megmutatja, hogy a hidrogéntárolás közvetlenül dekarbonizálhatja az ipari folyamatokat: a HYBRIT kísérleti üzem már kiváló minőségű acélt állított elő zéró szén-dioxid-kibocsátással, tárolt, fosszilis-mentes hidrogén felhasználásával fasken.com.
- Kormányzat és közszféra: Végül, de nem utolsósorban, maguk a kormányok is jelentős szereplők a finanszírozás és a szabályozás révén. Az elmúlt két évben példátlan mértékű állami beruházási hullám indult a hidrogén területén. Az Egyesült Államokban a 2021-es Bipartizán Infrastruktúra Törvény 8 milliárd dollárt különített el Regionális Tiszta Hidrogén Központokra, amelynek eredményeként 2023 októberében bejelentették, hogy hét hidrogénközpont-projekt kap 7 milliárd dollár szövetségi támogatást bidenwhitehouse.archives.gov. Ezek a központok – amelyek az ország egész területén, Pennsylvaniától Texason át Kaliforniáig helyezkednek el – több mint 40 milliárd dollárnyi magánbefektetést vonzottak bidenwhitehouse.archives.gov. Együttesen azt tervezik, hogy 2030-ra évente 3 millió tonna tiszta hidrogént állítanak elő (ami nagyjából az USA erre az évre kitűzött céljának egyharmada), és több tízezer munkahelyet teremtenek bidenwhitehouse.archives.gov. Fontos, hogy sok központ tervezi hidrogéntároló üregek, vezetékek és elosztó infrastruktúra kiépítését is, hogy összekapcsolják a hidrogéntermelőket a felhasználókkal. Az amerikai kormány emellett bőkezű ösztönzőket is bevezetett, például a Tiszta Hidrogén Előállítási Adójóváírást (45V) – akár 3 dollár kilogrammonként előállított tiszta hidrogén után –, hogy ösztönözze a teljes ellátási láncba történő befektetéseket projectfinance.law. Ez az adójóváírás (a 2022-es Inflációcsökkentő Törvény része) 247%-os növekedést eredményezett a tervezett hidrogénprojektek számában, mivel a fejlesztők olyan jóváírásokra számítanak, amelyek a zöld hidrogént sokkal versenyképesebbé teszik költség szempontjából. Európában az EU Zöld Megállapodása és a REPowerEU terv a hidrogént a középpontba helyezte. Az EU célul tűzte ki, hogy 2030-ra évente 10 millió tonna megújuló hidrogént állítson elő, és további 10 millió tonnát importáljon energy.ec.europa.eu. Ennek támogatására az EU és a tagállamok finanszírozási programokat indítottak, például a Közös Európai Érdekű Fontos Projektek (IPCEI) keretében. 2022–2024 között három IPCEI programot (Hy2Tech, Hy2Use, Hy2Infra) hagytak jóvá, amelyek milliárdokat irányítanak a hidrogéntechnológiába és -infrastruktúrába. A Hy2Infra IPCEI (2024. február) kifejezetten támogatja „nagyszabású hidrogéntároló létesítmények és vezetékek” építését több országban energy.ec.europa.eu. Emellett az EU létrehozza a „Európai Hidrogénbankot”, hogy támogassa a zöldhidrogéntermelés és az értékesítés biztosítása, ami közvetve segíti a tárolást a kereslet garantálásával. Az egyes európai országoknak saját stratégiáik vannak: Németország például megduplázta a hidrogénfinanszírozását 20 milliárd euróra, és társfinanszírozza a hidrogéntárolási K+F-et, míg Franciaország a folyékony hidrogén tartálytechnológiába fektet be a légi közlekedés számára. Ázsia–Csendes-óceáni térség kormányai is részt vesznek a versenyben: Japán tervei szerint 2030-ra évente 5 millió tonna hidrogént használna fel, és stratégiája hangsúlyozza az LH₂-szállítók és tároló terminálok építését; Dél-Korea számos hidrogénvárost céloz meg üzemanyagcellás áramellátással, és már felépített egy jelentős hidrogéntároló és üzemanyagcella-erőművet (“Hanam Fuel Cell” projekt). Kína, bár jelenleg főként a járművekre és az ipari felhasználásra koncentrál, gyorsan bővíti az elektrolizátorgyártást, és várhatóan nagy léptékű hidrogéntárolást is bevezet, ahogy a hidrogént integrálja energiarendszerébe.
Mindezen szereplő és projekt egy kulcsfontosságú pontra világít rá: a hidrogéntárolás világszerte jelentős tőkét és tehetséget vonz. A hagyományos iparágak, az innovatív startupok és az állami befektetések összefonódása gyorsítja a fejlődést. Ez a széleskörű támogatás az oka annak, hogy sok elemző úgy véli, a hidrogén most már valóban velünk marad (ellentétben a korábbi felhajtási ciklusokkal). Ahogy egy iparági megfigyelő fogalmazott, a hidrogén története valódi fordulóponthoz érkezett – a technológia éretté válik, és hatalmas befektetések áramlanak be, így a hidrogén egyre fontosabb szerepet fog játszani a globális energiaváltásban fasken.com.
Alkalmazások: Közlekedés, hálózati tárolás és ipari felhasználás
Mit is fogunk valójában kezdeni ezzel a sok eltárolt hidrogénnel? A hidrogén egyik nagyszerű tulajdonsága a sokoldalúsága – ugyanaz a hidrogén hajthat autót, fűtheti egy gyár kemencéjét vagy működtethet egy erőművet. Íme néhány kulcsfontosságú alkalmazási terület, és hogy a hidrogéntárolás miként teszi ezeket lehetővé:
- Közlekedés: A hidrogén üzemanyagcellás járművek (FCEV-k) a hidrogéngazdaság víziójának egyik alappillérét jelentik. Ezek közé tartoznak a személyautók (mint a Toyota Mirai, Hyundai Nexo), buszok, teherautók (pl. prototípusok a Nikolatól, Toyota/Kenworth-től, Hyundai Xcient-től), vonatok és még targoncák is. A járművek esetében a kompakt fedélzeti tárolás létfontosságú. A legtöbb FCEV 700 bar nyomású sűrítettgáz-tartályokat használ, ahogy említettük. Ezek a fejlett tartályok 300–400 mérföldes hatótávot biztosítanak az autóknak, így a FCEV-k versenyképesek a benzines járművekkel hatótáv terén energy.gov. A nehéz teherautók és buszok gyakran 350 bar-os rendszereket használnak (nagyobb tartályok alacsonyabb nyomáson), de még így is nagy energiasűrűségű tárolásra van szükség a megfelelő hatótávhoz/utántöltési gyakorisághoz. A hidrogéntárolási technológia közvetlenül befolyásolja a járművek életképességét: jobb tartályok könnyebb járműveket vagy nagyobb hatótávot jelentenek. A hidrogén előnye az akkumulátorokkal szemben a gyors utántöltés és az azonos hatótávhoz szükséges kisebb tömeg, ezért is tekintenek rá hosszú távú és nagy kihasználtságú szállítás esetén. Például 2023-ban az Alstom hidrogén üzemanyagcellás vonatai kezdtek el közlekedni Németországban regionális vonalakon – minden vonaton a tetőn elhelyezett hidrogéntartályok vannak, amelyek 1 000 km-t tesznek lehetővé egy feltöltéssel, kiváltva a dízelvonatokat a nem villamosított pályákon. A repülésben cégek hidrogénhajtású drónokat és kisrepülőket tesztelnek, sőt, a 2030-as évekre folyékony hidrogént is vizsgálnak közepes méretű repülőgépekhez. A hajózás a hidrogénalapú üzemanyagokat kutatja: néhány bemutatóhajó hidrogén üzemanyagcellát használ fedélzeti tárolással, de sokan inkább az ammónia vagy metanol felé hajlanak (amelyekhez szintén tartályok kellenek, de másfélék). Fontos, hogy a hidrogéntároló infrastruktúra a járműveken kívül is szükséges: egy töltőállomás- és hidrogéndepó-hálózat ezek kiszolgálására. A teherautó-útvonalakhoz az ipar „hidrogén-folyosók” kialakítását fontolgatja, ahol kb. 100 mérföldenként lenne töltőállomás. Kikötőkben és reptereken a hidrogéntárolás (várhatóan folyékony vagy ammónia formában) szolgálhatja a jövő hajóit és repülőit. A targonca- és raktárszektor a hidrogén egyik korai sikertörténete – olyan cégek, mint az Amazon és a Walmart már több ezer üzemanyagcellás targoncát használnak elosztóközpontjaikban. Ezek a targoncák kis, 350 bar-os tartályokkal működnek, amelyeket a kezelők percek alatt feltöltenek egy helyszíni hidrogénkútnál (amit vagy folyékony hidrogén, vagy helyszíni kompresszor és palackok látnak el). A gyors utántöltés és a folyamatos működés (nincs szükség akkumulátor cserére) bizonyult nyerő felhasználási módnak. Ez jól mutatja, hogy a hidrogéntárolás már most is termelékenységnövekedést tesz lehetővé bizonyos szegmensekben.
- Hálózati energiatárolás: Ahogy a nap- és szélenergia aránya nő az elektromos hálózatokban, úgy nő az igény a hosszú távú energiatárolásra is, hogy kisimítsák ezek változékonyságát. Az akkumulátorok néhány órára kiválóak, de napokig vagy hetekig tartó energia tárolásához a hidrogén erős jelölt. Az elképzelés az, hogy a felesleges megújuló energiát (például szeles napokon vagy napos hétvégéken, amikor alacsony a kereslet) elektrolízissel hidrogénné alakítják, ezt a hidrogént tartályokban vagy barlangokban tárolják, majd szükség esetén üzemanyagcellákban vagy turbinákban használják fel áramtermelésre (például hosszan tartó borús időszakban vagy szélcsendes téli napokon). Ez lényegében egy megújuló energia tartalékot hoz létre. Kísérleti projektek már zajlanak: az ACES mellett Utahban, Európában az „BigBattery” projekt Ausztriában megújuló hidrogént tárol egy barlangban, hogy egy gázturbinát lásson el csúcsterhelés idején. A Németországban említett Uniper projekt azt vizsgálja, hogyan segíthet egy sóbarlang kiegyensúlyozni a hálózatot és biztosítani az energiaellátást azáltal, hogy zöld hidrogént tárol, amely gyorsan felhasználható. Ha ezek beválnak, az országok stratégiai hidrogénkészleteket tarthatnak fenn, hasonlóan a stratégiai kőolajkészletekhez – de tiszta energiára. Egy másik hálózati felhasználás a power-to-gas: a megújuló energiából hidrogént állítanak elő, majd azt a gázhálózatba injektálják (keverékként vagy szintetikus metánná alakítva), így a meglévő gázinfrastruktúrában tárolják az energiát. Egyes közművek már kis léptékben alkalmazzák ezt, lényegében a földgázhálózatot használva óriási „akkumulátorként” szezonális hidrogénbefecskendezéssel. A hidrogén hálózati szolgáltatásokat is nyújthat: az üzemanyagcella-erőművek gyorsan fel- és le tudnak szabályozni a frekvencia stabilizálásához, vagy elosztott üzemanyagcella-generátorok biztosíthatnak tartalék áramot kórházaknak és adatközpontoknak (helyszíni hidrogéntárolással rendelkező üzemanyagcellákat már telepítettek kritikus tartalék céljára, mivel ezek többnapos üzemanyagkészletet is tudnak helyben tárolni, így bizonyos esetekben tovább bírják, mint a dízelgenerátorok).
- Ipari felhasználások: A hidrogént már most is használják az iparban (finomítók, műtrágyagyárak, vegyi üzemek) – de többnyire fosszilis tüzelőanyagokból származó „szürke” hidrogént. A cél az, hogy ugyanazokban a folyamatokban tiszta hidrogént használjanak, hogy megszüntessék a CO₂-kibocsátást. Például az olajfinomítók hidrogént használnak az üzemanyagok kéntelenítésére; ők zöld hidrogént is használhatnának egy közeli elektrolizálóból, és helyben tárolhatnák a folyamatos ellátás érdekében. A műtrágyagyárak hidrogén alapanyagot igényelnek; új projektek célja, hogy zöld ammóniát állítsanak elő változó megújulókból származó, tárolt hidrogén felhasználásával. Acélgyártás: ez egy áttörést jelentő alkalmazás: hagyományosan az acélt szénnel, kohókban állítják elő, de a hidrogén alkalmazása a közvetlen redukciós eljárásban (DRI) 90% feletti CO₂-csökkentést eredményezhet. A svéd HYBRIT projekt 2021–2022-ben bizonyította, hogy fosszilis-mentes hidrogénnel kiváló minőségű acél állítható elő fasken.com. A hidrogént ideiglenesen helyben tárolják, így az acélmű éjjel-nappal működhet, még ha az elektrolizálók vagy a szélerőművek teljesítménye ingadozik is. Az ArcelorMittal és más acélipari óriások is követik a példát, Németországban, Kanadában stb. hidrogénnel működő bemutató kemencékkel. Itt a hidrogéntárolás (akár csak néhány órás puffer tartályok formájában) kulcsfontosságú az ipari folyamat folyamatosságának fenntartásához és a leállások elkerüléséhez. Egyéb ipari felhasználások közé tartozik a nagyon magas hőmérsékletű hő biztosítása cement- vagy üveggyártásban – a hidrogén tárolható, majd égethető kemencékben vagy olvasztókban, hogy nagyon magas hőt adjon le CO₂-kibocsátás nélkül. Néhány kísérleti üveggyár (pl. Németországban) már hidrogénes keverékkel működtetett kemencéket. Hálózati befecskendezés fűtéshez: a hidrogénkazánok egy napon akár épületek vagy ipari gőz előállítására is szolgálhatnak. Az Egyesült Királyságban egy kísérleti „Hydrogen Homes” projekt mutat be 100%-os hidrogénnel működő kazánokat és tűzhelyeket; ha egy város gázhálózata hidrogénre váltana, központi hidrogéntermelésre és -tárolásra lenne szükség a kereslet ingadozásainak kezelésére (például egy nagy tartályra a reggeli fűtési csúcsokhoz). Egyre növekvő ipari alkalmazás a hidrogén energiatárolásra való használata távoli helyszíneken vagy mikrorácsokban – lényegében a dízelgenerátorok kiváltása hidrogénes megoldásokkal. Például távközlési tornyok vagy elszigetelt laborok napelemeket + elektrolizálót használhatnak hidrogén előállítására, azt palackokban vagy fém-hidridben tárolhatják, majd üzemanyagcellát használhatnak, amikor éjszaka áramra van szükség. Még néhány adatközpont is teszteli a hidrogén üzemanyagcellákat tartalék áramforrásként a dízelgenerátorok helyett, ami helyszíni hidrogéntárolást igényel (általában nyomás alatt tartott tartályokban).
Összefoglalva: a hidrogéntárolás rugalmasságot biztosít: elválasztja a hidrogén előállítását a felhasználástól. Ez azt jelenti, hogy a hidrogénjárművek gyorsan tankolhatnak, mert az üzemanyagot előre legyártották és eltárolták; az erőművek felfuthatnak a tárolt, olcsóbb, csúcsidőn kívül előállított hidrogénnel; a gyárak megszakítás nélkül működhetnek, mert kéznél van a hidrogén tartalék. Ahogy ezek az alkalmazások terjednek, egyre nagyobb igény lesz a jobb és olcsóbb hidrogéntárolási megoldásokra, ami egy pozitív technológiai fejlődési és méretnövekedési spirált indít el.
Legfrissebb hírek, trendek és szakpolitikai lépések (2024–2025)
A hidrogéntárolás területe gyorsan fejlődik, gyakoriak az új projektek és a támogató szakpolitikai bejelentések. Íme néhány figyelemre méltó, közelmúltbeli fejlemény az elmúlt évből:
- Hidrogén hubok és finanszírozási hullámok: 2023 végén az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma bejelentette a Regionális Tiszta Hidrogén Hubok programjának nyerteseit – hét hub projektet az ország különböző pontjain, Kaliforniától Pennsylvaniáig, amelyek 7 milliárd dollár szövetségi támogatáson bidenwhitehouse.archives.gov osztoznak. Ezek a hubok várhatóan további 40+ milliárd dollárnyi magánberuházást vonzanak be bidenwhitehouse.archives.gov, és lehetővé teszik, hogy az USA egy évtizeden belül évente több mint 3 millió tonna hidrogént állítson elő bidenwhitehouse.archives.gov. Lényeges, hogy sok hub dedikált hidrogéntárolási elemeket is tartalmaz (pl. tervezett barlangok Texasban és Louisianában, nagy tartályparkok Kaliforniában), hogy kezeljék a kínálatot és a keresletet. Ez a tőkeinjekció az egyik legnagyobb, amit valaha hidrogén-infrastruktúrába fektettek az Egyesült Államokban, ami erős politikai akaratot jelez. Tovább növelte a bizalmat, hogy az USA Pénzügyminisztériuma 2023-ban pontosította a hidrogéntermelési adójóváírás (45V) szabályait, biztosítva, hogy a termelők akár 3 dollárt is kaphatnak kilogrammonként a tiszta hidrogénért projectfinance.law – ami gazdasági szempontból is fordulópontot jelent. Ennek eredményeként olyan cégek, mint a Plug Power, az Air Products és több megújuló energiával foglalkozó fejlesztő jelentősen növelték hidrogénprojektjeik számát Észak-Amerikában.
- Európa hidrogéngyorsítása: Európa megduplázta a hidrogénre irányuló erőfeszítéseit az energiabiztonsági aggodalmakra (a 2022 utáni gázválságot követően) és a klímacélokra válaszul. 2024 májusában az EU jóváhagyta az IPCEI Hy2Move nevű, több országot átfogó projektet, amely a teljes hidrogén értékláncot lefedi, beleértve a tárolási innovációkat is energy.ec.europa.eu. Az EU 2023–2024-ben új szabályokat is bevezetett (a Hidrogén és dekarbonizált gázpiaci csomagon keresztül) a hidrogéninfrastruktúra fejlesztésének és kereskedelmének elősegítésére energy.ec.europa.eu. Egy új EU-s kezdeményezés a European Hydrogen Bank, amely első aukcióira készül, hogy támogatást nyújtson a zöld hidrogén árkülönbségének áthidalására – ez gyakorlatilag garantálja a hidrogén piacát, így a projektek (és tároló létesítmények) stabil bevétellel működhetnek. Számos európai ország frissítette hidrogénstratégiáját: Németország megemelte 2030-as hidrogénigény-célját, és finanszírozza a nemzeti hidrogénhálózatot; az Egyesült Királyság 2023-ban olyan stratégiát jelentett be, amely 100%-os hidrogénes otthoni fűtési kísérleteket is tartalmaz, és elkülönített forrásokat hidrogéntárolási versenyekre (pl. Net Zero Innovation Portfolio). Olaszország és Spanyolország pilot projektekkel haladt előre, amelyek során akár 10%-os arányban kevernek hidrogént a gázhálózatba. A technikai akadályok kezelése érdekében az EU 2024 végén útmutatót tett közzé a hidrogéntároló helyszínek engedélyezésének felgyorsításáról, elismerve ezeket mint kritikus infrastruktúrát.
- Ázsia–Csendes-óceáni lépések: Japán, a hidrogén úttörője, 2023 júniusában felülvizsgálta Alapvető Hidrogénstratégiáját, megduplázva 2030-as hidrogénellátási célját 12 millió tonnára (beleértve az importált ammóniát is), és 107 milliárd dolláros állami–magán finanszírozást ígért 15 év alatt az ellátási láncok kiépítésére. Ez magában foglalja több folyékony hidrogénszállító, tároló terminál és esetleg egy hidrogénvezeték-hálózat finanszírozását Japán ipari régióiban. Dél-Korea elfogadta a Hidrogéngazdasági törvényt, amely ösztönzőket biztosít hidrogéntermelő és -tároló létesítmények építésére, és célja az üzemanyagcellák széles körű bevezetése az energiatermelésben (amihez szintén robusztus hidrogénellátás és -tárolás szükséges). Ausztrália 2023-ban további forrásokat biztosított regionális hidrogénközpont programjához, olyan projektekkel, mint a Western Sydney Hydrogen Hub, amely a hidrogén helyi ipar és közlekedés számára történő tárolásának lehetőségeit vizsgálja. És Kína, amely már most vezető az elektrolizátor-gyártásban, 2025 elején bejelentette a „Hidrogénipari Parkok” sorozatát több tartományban – bár a részletek szűkösek, ezek a parkok várhatóan nagy tárolókat fognak tartalmazni ipari hidrogén és járműtöltés céljára, összhangban Kína azon céljával, hogy 2025-re 50 000 FCEV-t üzemeltessen az utakon.
- Technológiai áttörések és bemutatók: Korábban már láttunk néhány áttörést az anyagok terén (például MOF-ok és új hidridek) 2024-ben. Emellett a vállalatok felskálázzák a bevált technológiákat: 2025 áprilisában a Hydrogenious LOHC megkapta az engedélyt a Hector LOHC tárolóüzemhez (a világ legnagyobbja) h2-international.com, ami az LOHC technológia átmenetét jelzi a kísérleti fázisból a teljes kereskedelmi léptékbe. Szintén 2024-ben egy európai konzorcium bemutatta a szilárd hidrogéntárolást hálózaton kívüli EV-töltéshez: lényegében egy utánfutó fém-hidrid tartályokkal, amelyek hidrogént tárolnak egy üzemanyagcella-generátor működtetéséhez, és amelyet távoli helyeken lehet leparkolni elektromos autók töltésére – egy kreatív mellékalkalmazás. A kriogén területen a NASA és magán űripari cégek továbbra is innoválnak az ultra-hideg tárolásban: a NASA egy 2024 végi tesztje bizonyította egy új szigetelési technika hatékonyságát, amely 50%-kal csökkentette a folyékony hidrogéntartályok párolgási veszteségét, ami hatékonyabb földi tárolást és LH₂ szállítást eredményezhet. És különösen említésre méltó, hogy a németországi Uniper sókavernás pilotprojektje 2024 szeptemberében megkezdte a hidrogén betárolását gasworld.com, így ez lett a világ egyik első aktív hidrogénkavernája. A kezdeti eredmények sikeres tömítést és hidrogén-visszanyerést mutatnak, ami biztató jel a hasonló projektek számára. Ezek a mérföldkövek – engedélyezés, bemutató, hatékonyságnövelés – mind azt bizonyítják, hogy a hidrogéntárolás felskálázása nemcsak lehetséges, hanem már most is zajlik.
- Idézetek iparági vezetőktől: Az iparági hangulat erősen optimista, ugyanakkor reális a kihívásokkal kapcsolatban. Például Sanjiv Lamba, a Linde vezérigazgatója 2024-ben arra figyelmeztetett, hogy az elektrolizátor-technológiának és költségeknek még javulniuk kell a valóban nagyszabású zöld hidrogén elterjedéséhez gasworld.comgasworld.com. Ezzel arra világít rá, hogy a hidrogéntermelés költségeinek csökkentése gazdaságilag is életképessé teszi a tárolási projekteket. Optimistább hangvételben Ben Nyland, a Loop Energy (üzemanyagcella-gyártó) vezérigazgatója 2023 végén azt mondta: „Most vagyunk azon a fordulóponton, amikor a hidrogénmegoldások gyorsan felskálázhatók – a technológia készen áll, és megvan a szándék a bevezetésre.” Hasonlóan Jorgo Chatzimarkakis, a Hydrogen Europe (iparági szövetség) vezérigazgatója gyakran hangsúlyozza, hogy Európa számos projektje „bizonyítja, hogy a hidrogéngazdaság valósággá válik”, és hogy a fókusz most a megvalósításon van: a tartályok, kavernák, csővezetékek, teherautók és minden más megépítésén, nem csak a beszéden. És visszautalva a korábban említett lendületre, a Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) 2023-as Globális Hidrogén Jelentése megjegyezte, hogy a hidrogén iránti kereslet és a projektek gyorsabban nőnek, mint valaha, de arra is sürgette a kormányokat, hogy „fókuszáljanak az infrastruktúrára és a tárolásra”, mivel ezek szűk keresztmetszetté válhatnak, ha elhanyagolják őket.
- Politikai kihívások: Érdemes megemlíteni néhány ellenáramot is. Egyes elemzők és környezetvédelmi csoportok óvatosságra intenek a hidrogén bizonyos felhasználási módjaival kapcsolatban (például szerintük a lakossági fűtésbe történő bekeverés kevésbé hatékony, mint a közvetlen villamosítás). Felmerül az igény, hogy a hidrogén felhasználását azokra az ágazatokra kellene összpontosítani, amelyeknek valóban szükségük van rá (például ipar és nehéz szállítás), és nem szabadna erőforrásokat pazarolni olyan területekre, ahol vannak alternatívák. Ez a vita befolyásolhatja az egyes tárolási projektekhez nyújtott politikai támogatást – például, hogy a kormányok támogatják-e a hidrogén lakossági fűtésre történő felhasználását (ami a disztribúcióba és tárolásba való beruházást jelentene), vagy inkább az ipari központokra koncentrálnak. Emellett a biztonsági incidensek (szerencsére ritkák) emlékeztetnek arra, hogy szigorú szabványokat kell betartani – egy 2019-es robbanás egy norvégiai hidrogéntöltő állomáson, illetve egy 2022-es hidrogénszállító robbanás Kaliforniában mindkettő ideiglenes lassítást eredményezett az állomások telepítésében, amíg meg nem értették az okokat és nem hajtották végre a javításokat (ezekben az esetekben gyártási hibákat azonosítottak). A döntéshozók folyamatosan finomítják a szabályozásokat annak érdekében, hogy a hidrogént biztonságosan és fenntarthatóan alkalmazzák. Összességében a politikai irányvonal támogató, de figyel arra, hogy a hidrogén oda kerüljön, ahol a legnagyobb hatást érheti el.
A pályát nézve a 2020-as évek második fele áttörést hozhat a hidrogéntárolásban. Világszerte tucatnyi több megawattos vagy kilotonnás tárolóhely épülhet, amelyek egyre növekvő hidrogénfelhasználói hálózatot látnak el. Erős politikai támogatással, technológiai fejlődéssel és a befektetni vágyó vállalatokkal a hidrogén fokozatosan a felhajtásból a valóságba lép.
Következtetés: Egy hidrogénalapú jövő felé
A hidrogéntárolás, amely egykor szűk technikai téma volt, mára a tisztaenergia-tervek egyik alappillérévé vált világszerte. A hidrogén biztonságos és hatékony tárolásának képessége lehetővé teszi, hogy újragondoljuk energiarendszereinket – azoktól az autóktól és teherautóktól kezdve, amelyek csak vizet bocsátanak ki, egészen az olyan villamos hálózatokig, amelyek képesek a téli szelet elraktározni a nyári hőhullámokra, vagy a nehéziparig, mint az acél- és vegyipar, amelyek szén-dioxid-kibocsátás nélkül működhetnek. Természetesen továbbra is vannak kihívások, például a költségek csökkentése és a tárolási sűrűség további javítása. De ahogy láttuk, egy globális innovációs és befektetési hullám közvetlenül szembenéz ezekkel a kihívásokkal.
Minden tárolási módszer – nagynyomású tartályok, kriogén folyadékok, fém-hidridek, kémiai hordozók – a kirakós egy-egy darabját adja. A következő években valószínűleg ezeknek a megoldásoknak a finomítását és okos kombinációját láthatjuk majd (képzeljünk el például egy jövőbeli hidrogéntöltő állomást, amely krio-szivattyúval tölti az autókat, fém-hidrid tartályokkal puffereli a kínálatot, és időnként egy LOHC teherautó érkezik, hogy lefejtse a távoli szélerőműből származó hidrogént). A hidrogéntárolási forradalom nem arról szól, hogy egyetlen technológia győz, hanem arról, hogy az adott alkalmazáshoz a megfelelő megoldások keverékét alkalmazzuk.
A hidrogén lendülete valós és egyre erősödik. „Eljött a hidrogén ideje” – ahogy egy energetikai jelentés is megfogalmazta fasken.com, kiemelve, hogy a klímavédelmi szükséglet, a technológiai felkészültség és a politikai támogatás összefonódása soha nem volt még ilyen erős. A nagy gazdaságok milliárdokat fektetnek a hidrogén-infrastruktúrába, és a magánszektor lépést tart velük. Ez azt jelenti, hogy ami korábban csak elméleti lehetőség volt – például egy teljes acélmű működtetése hidrogénnel, vagy egy város áramellátása egyhetes áramszünet alatt tárolt hidrogénnel – most már gyakorlatilag a láthatáron van.
A nagyközönség számára a hidrogéntárolás fejlesztései hamarosan a mindennapi életben is láthatóvá válhatnak: például több hidrogén üzemanyagcellás busz jelenhet meg csendben a városi utcákon, új „H₂” feliratok a töltőállomásokon, vagy helyi hírek egy olyan energiatároló projektről, amely hatalmas akkumulátorfarm helyett föld alatti hidrogént használ. Ezek a jelei annak, hogy paradigmaváltás zajlik abban, ahogyan az üzemanyagról gondolkodunk. A hidrogén, a legegyszerűbb elem, arra készül, hogy összetett, felbecsülhetetlen szerepet töltsön be a tiszta energiára való átállásunkban. Ha megtanuljuk, hogyan tároljuk, felszabadítjuk teljes potenciálját, mint tiszta, rugalmas energiahordozó.
Az előttünk álló út további együttműködést igényel a tudósok, mérnökök, iparágak és kormányok között annak érdekében, hogy a hidrogéntároló rendszerek biztonságosak, megfizethetőek és integráltak legyenek a szélesebb energiahálózatainkba. De ha a jelenlegi pálya bármire is utal, ezek az erőfeszítések meg fognak térülni. A világegyetem legkönnyebb gázának tárolása nem könnyű feladat, de leleményességgel éppen ez világíthatja meg az utat a fenntartható energia jövője felé. Ahogy a hidrogénipar vezetői gyakran mondják, ezúttal tényleg más a helyzet – tanúi vagyunk a hidrogénalapú korszak születésének, és a robusztus hidrogéntárolás a kulcs, amely mindezt összetartja. fasken.comiea.org
Források: energy.gov, iea.org, energy.gov, nrel.gov, en.wikipedia.org, en.wikipedia.org, h2-international.com, nrel.gov, southampton.ac.uk, gasworld.com, energy.gov, gasworld.com, energy.gov, energy.ec.europa.eu, gasworld.com, bidenwhitehouse.archives.gov, projectfinance.law, energy.ec.europa.eu, fasken.com, gasworld.com.
