Az emberiség legégetőbb kérdéseinek egyike, hogy a fosszilis tüzelőanyagok fogytával honnan nyerjen a modern életvitelhez nélkülözhetetlen energiát. Olyat, amelynek előállítása nem veszélyezteti a környezetet, gazdaságos és megfizethető. Az atomreaktorok a tragikus balesetek ellenére a jövőben sem lesznek nélkülözhetők, és a következő évtizedekben - egyesek szerint 100-150 évig - még a természet is tovább kínálja maradék szén- és olajkészletét, de a kutatók máris gőzerővel fáradoznak a megújuló energiaforrások kiaknázásán is. Az MTA Kémiai Kutatóközpontjának hidrogénenergiaosztályát vezető Tompos András és munkatársai azt vizsgálják, milyen szerepet játszhatnak a katalizátorok, vagyis a vegyi folyamatokat felgyorsító anyagok ezekben az erőfeszítésekben.

A világ kutatói első lépésként olyan eljárásokat igyekeznek kifejleszteni, amelyek a nehezen földolgozható vagy kinyerhető nyersanyagokat hasznosíthatóvá teszik. Az első feladat a nagyobb kéntartalmú nyersanyagok kénmentesítése. Szibériában, a tundra fagyott talajában vagy az óceánok mélyén megfelelő technológiával kiaknázhatók lehetnének a metánhidrátmezők, de a metánból előállított hidrogént ma még nem használják közvetlenül energetikai célokra (például üzemanyagcellában vagy robbanómotorokban), hanem inkább csak kőolaj-finomítókban és az ammóniagyártásban alkalmazzák. A metánhidrátmezők ráadásul instabillá válhatnak a globális felmelegedés hatására, és metánt bocsáthatnak a légkörbe, ami fokozná a fölmelegedést. Ez veszélyesebb lenne az üvegházhatás szempontjából, mint a szén-dioxid.

Épül a hidrogénfalu

A kutatóközpont vegyészei inkább a biomassza-eredetű alkoholok (például a bioetanol) hidrogénné alakítására összpontosítanak. Miközben a folyóvizekben és a szélben rejlő erő, a geotermikus energia, a Napból származó s az óceán ár-apálya által keltett energia mind elektromos energiává alakítható, a biomasszából folyékony üzemanyagot is lehet gyártani. A bioetanolból pedig reformálással hidrogént, illetve végső soron közvetlenül áramot lehet fejleszteni. A biomasszaalapú energiahordozókra természetesen nem lehet építeni egy egész gazdaságot, hiszen a rendelkezésre álló, az egyébként kidobásra ítélt ház körüli növényi és mezőgazdasági hulladék nem biztosíthatja a teljes energiaellátást, de hasznosan kiegészítheti a háztartások, az erőművek, valamint a közlekedés energiaigényét.

A biomassza fölhasználása fölmerült a hazai vidékfejlesztési programokban is: a Miskolc környéki Bükk-Mak Leader Kft. az Európai Uniótól elnyert pénzek segítségével biomassza földolgozásán alapuló energiahálózat létrehozásán dolgozik. Terveik szerint a parlagon lévő földterület rendben tartására, kaszálására, a növények összegyűjtésére, szállítására családokat költöztetnek a környékre. Az energiaigényt természetesen más energiaforrással is igyekeznek biztosítani: szélturbinákat, tüzelőanyag-cellákat és napelemeket telepítenek. A "hidrogénfalu" lakóinak a megújuló energia termelése biztosítaná a megélhetést.

A hidrogén energetikai alkalmazása tüzelőanyag-cellákban történhet a legjobb hatásfokkal. Tisztán tüzelőanyagcellás autók, buszok elvétve futnak már a világ országútjain, sőt kilenc gépkocsigyártó cég 2015-től növelni akarja ezek előállítását. Tompos Andrást születésnapján kollégái működő tüzelőanyagcellás játékautóval köszöntötték.

Játékautó hidrogénnel

A kis kocsinak - ellentétben a naggyal, mely a környezetből jut levegőhöz - a hidrogéntartály mellett oxigéntartálya is van, amelyeket a cella vízelektrolízis üzemmódjában föl lehet tölteni a megfelelő gázzal. A cella energiatermelő üzemmódjában az oxigén és a hidrogén rákerül a katódra és az anódra, az így keletkezett áram hajtja az autó kis villanymotorját. Úgy tűnik azonban, hogy ennél nagyobb népszerűségre tehetnek szert a fedélzeti reformert (azaz üzemanyag-átalakítót), tüzelőanyag-cellát és robbanómotort is alkalmazó hibridmeghajtású autók. Ezekben az üzemanyag - etanol vagy metanol - részint a robbanómotorba, részint a fedélzeti reformerbe kerül. Az autó beindítását a robbanómotor biztosítja. Az első percek után már a fedélzeti reformer is kellő mennyiségű hidrogént állít elő, amely a tüzelőanyag-cellára jut, s a termelt elektromos energia meghajtja a villanymotort. Tompos Andrásék a bioetanol fedélzeti reformálására is alkalmas katalizátorok kifejlesztésén dolgoznak. A technológia lehetővé tenné, hogy közvetlenül bioetanolt, azaz tulajdonképpen 10 százaléknyi alkoholt tartalmazó bort tankoljunk az autóba.


A bioetanol a biomasszából a borgyártás folyamatával, erjesztés során keletkezik. A bioetanol reformálásához olyan katalizátorra van szükség, amely olcsó anyagból készül, hosszú távú működést biztosít, nagy hidrogénhozama van, és csekély mennyiségű szén-monoxidot, illetve metánt eredményez, eleget téve a környezetvédelmi kívánalmaknak. Az eddigi kísérletekben bevált platina alkalmazása nem járható út, hiszen rendkívül drága és kevés van belőle. A kutatóintézet vegyészei új utat kerestek: nemesfémmentes, többkomponensű katalizátorokat fejlesztettek ki. Nikkelalapú, kobalt, cérium és molibdén kombinációjából készített katalizátort állítottak elő, amely megfelel a gazdaságos termelés követelményeinek.

Kinyomtatott katalizátorok

A Kontakt-Elektro Kft. megbízásából a kutatóközpont más módon is próbálkozik a kedvezőbb áramfejlesztés kidolgozásával: a membránelektródegyüttes (MEA) előállítását igyekszik tökéletesíteni. Az öt rétegből álló MEA a tüzelőanyag-cella lelke. A technológia érdekessége a kutatók ötletességén alapszik: ipari tintasugaras nyomtatót alakítottak át arra a célra, hogy egyenletes elektródréteget hozzanak létre a protonvezető membrán két oldalán: a festéktartályba töltött oldattal mintegy "kinyomtatják" az elektrokatalizátorokat, az anódot és a katódot. Ennek az elmés eljárásnak az előnye, hogy egyszerűen reprodukálható és könnyen optimalizálható technológia.

A kutató szerint attól még nem kell tartanunk, hogy hamarosan fölhasználjuk az összes fosszilis tüzelőanyagot, s megáll körülöttünk az élet. Napjainkban nem az energiakészletek kimerülése, hanem az időközben föltalált olcsóbb technológia befolyásolja majd, melyik energiaforrást válasszuk. A kémiai kutatóközpont vegyészei a hidrogénben bíznak, s a jövő szakembereire vár az a feladat, hogy a hidrogén tárolásának módját kidolgozzák, s a hidrogénvezető hálózatot, az egész hidrogéngazdaság infrastruktúráját megépítsék.