e-villamos online szaklap

Üzemanyag 2050 - A hajtóanyagok jövője, a jövő hajtóanyagai

| | |  0 | |

Az Energetikai Szakkollégium rendszeresen szervez nagyszabású vitafórumokat, melyek keretében szakemberek segítségével igyekszünk egy-egy témát körültekintően körbejárni. Idén egy rendkívül aktuális kérdéskört választottunk, a közlekedés jövőbeli energetikájának felmerülő problémáit.

 

Mindenki számára érzékelhetõ, hogy a jelenlegi kõolajszármazékokra támaszkodó közlekedés hosszú távon nehezen fenntartható, ennek megfelelõen igyekeztünk megvizsgálni azokat a lehetõségeket, amelyek részben vagy egészben helyettesíthetik a mai üzemanyagokat.
 


A meghívott elõadók az energiaipar különbözõ területeirõl érkeztek. dr. Leveles László a MOL Nyrt. Reaktor technológiai és kísérleti gyártásvezetõje, Kovalcsik Tamás az E.ON Hungária Zrt. Vállalatfejlesztési Szakreferense és Pataki István az Innocell Kft. Ügyvezetõ igazgatója. Az est moderátori teendõit a BME Energetikai Gépek és Rendszerek tanszék docense, dr. Gács Iván vállalta el. A rendezvényen részt vett nagyjából 250 érdeklõdõ túlnyomó többsége hallgató volt, bizonyítva azt, hogy a téma aktuális és a fiatalság számára is kiemelt jelentõséggel bír.
Vörös Csaba, a Szakkollégium elnöke rövid köszöntése után dr. Gács Iván problémafelvetõ elõadása következett, melyben ismertette a közlekedés fontosságát, illetve jelenlegi nehézségeit. Kiemelte, hogy az üzemanyagárak folyamatos emelkedése és a közlekedés környezeti hatásai miatt elemi érdekünk új megoldásokat keresni.
Dr. Gács Iván beszélt az Európai Unió 2011 áprilisában megjelentetett új közlekedési tervérõl, a Közlekedés 2050-rõl. Ebben a következõ fõbb célkitûzések szerepelnek:
  szûnjön meg a benzinüzemû gépkocsik városon belüli forgalma;
  a városok között lebonyolított, 300 km feletti közúti személy- és áruszállítás fele vasúti vagy vízi közlekedési eszközzel történjen;
  a légitársaságok 40%-ra növeljék az alacsony szén-dioxid-kibocsátással járó, fenntartható tüzelõanyagok használatának arányát;
  40%-kal csökkenjen a hajózásból eredõ széndioxid-kibocsátás.

Ismertette, hogy az elsõ belsõ égésû motorok megjelenésekor növényi eredetû üzemanyagokat alkalmaztak, azonban hamar felismerték, hogy a mezõgazdaság nem tud lépést tartani a növekvõ igényekkel. Ennek következtében terjedtek el a kõolajtermékek. Jelenleg ugyanilyen változás elõtt állunk, a növekvõ igények és korlátozott lehetõségek miatt eljön az idõ, amikor új alapokra kell helyezni a közlekedési eszközök meghajtását. Ez azonban rengeteg kérdést vet fel, hiszen a jelen lehetõségei között nincs egyértelmû esélyes. Jelenleg benzin és dízelmotorok uralják a közúti közlekedést, bár akadnak hibrid jármûvek is, amelyek belsõégésû motort és villamos meghajtást egyaránt alkalmaznak. Utóbbi legnagyobb elõnye, hogy a városi használat során gazdaságosabb a villamos hajtás alkalmazása (a sok gyorsítás és fékezés miatt), míg a belsõ égésû motor használható a számára optimálisabb (állandó fordulatszám és nyomaték) üzemi körülmények között (pl.: autópálya). A fogyasztást, így jelentõs mértékben lehet csökkenteni, az üzemeltetés költségeivel egyetemben. Véleménye szerint a következõ lehetõségek állnak rendelkezésre a már említetteken kívül: a tisztán villamos hajtás, a bioüzemanyagok, illetve a hidrogén alkalmazása.
Dr. Gács Iván részletezte a különbözõ megoldások hatásfokait:


1. táblázat: A különbözõ hajtások hatásfokai


Villamos hajtás esetén 32%-os erõmûhatásfokkal és 10%-os hálózati veszteséggel számolt. A tank-kerék-hatásfok a tárolás körülményeitõl nagyban függ. Látható, hogy az összhatásfok a benzines hibrid hajtás esetében a legjobb.
A CO2 kibocsátás csökkentése is fontos öszönzõje a váltásnak. Dr. Gács Iván összehasonlította a villamos hajtás széndioxid kibocsátását különbözõ villamos energia elõállítási módok esetén, illetve feltüntette a belsõ égésû motorokat is grafikonján. 15-18 kWh villamos energia felhasználásával számolt 100 km-enként. A kibocsátás g/km egységben adta meg.

1.ábra: A különbözõ lehetõségek CO2 emissziója

Látható, hogy abban az esetben, ha csak atom- és vízerõmûveket használunk a villamosenergia-termelésre, akkor a CO2 kibocsátás csaknem nullára csökkenthetõ. Még akkor is elõnyös, ha csak szénerõmûvet használunk, hiszen a szennyezés a városoktól távol koncentráltan, illetve a légkör magasabb pontjain keletkezik. Továbbá, a szénerõmûvek esetében is van lehetõség a különbözõ szennyezõanyagok, így a CO2 megkötésére, azonban így csökken a hatásfok, illetve a megoldás egyáltalán nem költségkímélõ.
Az elõadó által vizsgált következõ tényezõ a gazdaságosság. 100 km megtételéhez 16 kWh villamos energia (800 Ft), vagy 7 liter benzin (lassan 3500 Ft) szükséges. A feltüntetett villamos energia ár jelenleg nem tartalmazza a fogyasztási adót, melyet az állam a közlekedési infrastruktúra fejlesztésére fordít és az üzemanyagárakba jelenleg be van építve. Emiatt elképzelhetõ, hogy a villanyautók elterjedése esetén az adó beépülne a villamos energia árába. További hátrányt jelent a villanyautók számára a rövid hatótávolság és a hosszú töltési idõ, azonban az akkumulátortechnika és a teljesítményelektronika fejlõdésével ezek remélhetõleg megoldódnak majd. Az elõrejelzések 2020-ra nagyjából 60.000 hibrid és e-autót jósolnak a magyar utakra.
Mezõgazdasági eredetû motorhajtóanyagok esetében bár a CO2 kibocsátás jogilag nulla, gyakorlatilag nincs, vagy alig van CO2 megtakarítás. Ennek okai a következõk: a növényeket valaminek a helyére ültetik (pl.: esõerdõ Brazíliában); a felhasznált mûtrágyáknak is van energiatartalma; emellett a talajmûvelés, betakarítás során is jut levegõbe CO2; illetve a technológiai energia felhasználás is jelentõs. Dr. Gács Iván ismertette, hogy a bonyolult energetikai folyamatokkal elõállítható alkohol esetén különösen nagy az energiaigény az utolsó néhány százalék víztartalom kivonásakor. Példaként a gabonából készült alkoholt hozta fel.
Hidrogén használatával kapcsolatban két irányt különböztethetünk meg. Az egyik a belsõégésû motor, a másik az üzemanyagcella alkalmazása. A rossz hatásfoka miatt a belsõégésû motorokkal már nem foglalkoznak. Tüzelõanyag-cella esetén a hidrogént lehetõleg vízbõl, villamos energia felhasználásával kell elõállítani, hiszen, ha metánt használnánk alapanyagként, akkor szénmonoxid keletkezne, és gázfüggõségünk továbbra is fennmaradna. A vízbontás és tüzelõanyag-cella használatával az eredõ hatásfok 10-20% között lenne. Ebben az esetben is elmondható, hogy ha atomerõmûvekben, vagy megújuló energiaforrásokból állítjuk elõ a villamos energiát, akkor a CO2 kibocsátás minimális. A hidrogénhasználat elterjedésekor azonban új erõmûvekre lenne szükségünk a szükséges mennyiségû hidrogén elõállításához, becslések szerint nagyjából 7000 MW-nyira, ami a jelenlegi beépített teljesítménnyel egyezik meg.
A továbbiakban dr. Leveles László tartott elõadást, amelyben ismertette a MOL által jelenleg is elõállított és aktív kutatási fázisban lévõ bioüzemanyagokat. Ennek célja a CO2 kibocsátás csökkentése, hiszen a közlekedés az EU CO2 kibocsátásának mintegy 29%-át teszi ki. A motorbenzinbe 2007. június 30-tól 4,4 v/v % bioalkoholt, a gázolajba 2008. január 1-jétõl szintén 4,4 % biodízelt kevernek. Röviden ismertette a jövõbeli lehetõségeket, köztük a Fischer-Tropsch eljárással készülõ BTL-t (Biomass to Liquid), illetve kiemelte a biogáz, az algaolaj, továbbá a II. generációs bio-gázolajok fejlesztését, mint a MOL kutatási programjának fontos részét. Bemutatta az ezen technológiákkal elõállított üzemanyagok tulajdonságait, hogy kémiai szempontból mennyire hasonlítanak a kiváltani kívánt üzemanyagra, illetve összevetette az egyes technológiákat ipari megvalósíthatósági szempontokból.
Kovalcsik Tamás, az E.ON vállalatfejlesztési szakreferense volt a következõ elõadó, aki elmondta, hogy a villamos autók elterjedése ugyan még minimális, de a piacon már megjelent verseny miatt áruk folyamatosan csökken. Az E.ON több ilyen autót tesztel, és terveik közt szerepel, hogy nemcsak Budapesten, hanem a Bécs-Budapest útvonalon is elhelyeznek három fázisú gyorstöltõket, amelyekkel a töltés 1,5-3 órát vesz igénybe. Bemutatta az új termékek elterjedésére jellemzõ hype cycle-t, amelyet magyarra „hûha ciklusnak” (hivatalosan: termék életciklus görbének) lehetne fordítani. Az ábra a fogyasztói várakozásokat modellezi, melyeket a média jellemzõen a piacra lépést követõen felkorbácsol, majd a technológia kiforratlanságából következõen a tömeges fogyasztói igények kiszolgálására képtelen technológiákkal szemben komoly kiábrándulás következik be. Ebbõl a kiábrándultságból kell az adott iparágnak hosszú és kemény munkával a tömegigényeknek megfelelõen továbbfejleszteni a technológiát. Az alábbi ábrán a piros nyíllal jelzett helyen van véleményük szerint a villamos autó.

2.ábra: Hype cycle

Jelenleg a legnagyobb probléma az akkumulátorok fejletlensége, így csak városi használatra lehet biztonságosan ajánlani az autókat. Kovalcsik Tamás azonban reméli, hogy az akkumulátortechnika folyamatos fejlõdésével 4-5 éven belül megjelennek a második generációs villamos autók és azok már alkalmasak lesznek hosszabb távolságok megtételére. Az E.ON addig is folyamatosan dolgozik a töltõállomás hálózat bõvítésén, a rendszer kidolgozásán. Úgy számolnak, hogy várhatóan 2020-ban érik el a „piaci érettséget”, elõtte azonban üzleti modellek, kereskedelmi struktúrák kiépítésére van szükség. A célszegmensek a céges flották”. Magyarországon elsõsorban a magas bekerülési költségek miatt a következõ néhány évben még nem várható elõretörés az e-autók piacán. Bemutatta, hogy a legtöbb autógyártó már megtette az elsõ lépéseket a saját e-autója felé, közülük kiemelve a Nissan Leafet, amely az év autója lett 2011-ben. Kovalcsik Tamás néhány mondatban ismertette a jelenlegi töltési lehetõségeket, az otthoni egy-, vagy háromfázisú hálózati töltést, az utcai kutaknál használt Mennekes csatlakozókat (európai szabvány), és a japán szabvány szerinti ChaDeMo DC gyorstöltõ csatlakozót. Végül ismertette az E.ON Bécs-Budapest közötti töltõk elhelyezési tervét, valamint egy komplex szolgáltatást, amely kiterjed az e-autók töltõjének kültéri, beltéri eszközeinek felszerelésére, karbantartására és ellátására.
Pataki István, utolsó elõadóként bemutatta a hidrogén elõállításához használatos hidrogén-oxigén ciklust, illetve a vízbontást. A hallgatóság körében körbeadott egy üzemanyagcellát, majd ismertette a hidrogén tulajdonságait.


3.ábra: Hidrogén-oxigén ciklus

Elmondta, hogy szeretné megcáfolni azt a tévhitet, mely szerint az autókból eltávozó vízgõz nagyban megemelné a levegõ páratartalmát, hiszen a gáz légköri tartózkodási ideje nagyjából 9 nap, így a relatív páratartalom növekmény csekély. Bemutatta a használatos autótípusokat, töltési megoldásokat, kiemelve, hogy a fõ cél a vízbontással történõ elõállítás a metán használata helyett, hiszen, ezáltal esélyünk van a CO2 emisszió, illetve az energiafüggõség csökkentésére, valamint megújuló energiaforrások használatára. Számításai szerint, ha minden autó hidrogénnel üzemelne, akkor nagyjából 7000 MW-al kellene növelni a magyarországi erõmûpark beépített teljesítõképességét, amely egy komoly feladat lehet a jövõ mérnökei számára. Ismertetett egy ötletet, mely szerint az erõmûveket kisebb mértékben kellene szabályozni, a többlet villamos energiát pedig a hidrogén termelésére lehetne fordítani.


4.ábra: Szabályozás változtatható terheléssel

Ezek után lehetõség volt a felmerült kérdések megfogalmazására, amelyek közül néhányat emelnék ki. Több, a hallgatóság által felvetett téma is kapcsolódott a biogáz, illetve a pálmaolajból készülõ bioüzemanyag alkalmazásához. Dr. Leveles László elmondta, hogy elõadásában azért nem szerepeltette a biogázokat, mert jelenleg elhanyagolható a gázzal mûködõ autók száma, Magyarországon összesen 3 ilyen kút van. Az energiapálmával kapcsolatosan pedig elhangzott, hogy Európában nem lehet megtermelni a növényt, így importra szorulnánk, ami az energiafüggõségünket tovább növelné.
A villamos autókkal kapcsolatban felmerült az akkumulátorok cseréjének gondolata. Miszerint egy tankolás egy akkumulátorcserébõl állna, az akkumulátorokat egy elosztótól lehetne „bérelni”, így az autók is olcsóbbak lennének és a „töltéshez” szükséges idõ is lerövidülhetne, mivel csak egy cserérõl van szó. Kovalcsik Tamás elmondta, hogy ez a modell olyan zárt helyeken mûködhet (mint pl.: Izrael és szigetországokban, mint pl.: Hawaii), ahol az autók egy meghatározott területen mozoghatnak, hiszen más esetben bonyolult lenne a határokon túli elszámolás. Dr. Gács Iván hozzátette, hogy az autógyártók versenye miatt az akkumulátorok kialakítása eltérõ, így jelenleg nehézkes a csere megoldása.
A jelenlegi belsõ égésû motorokkal üzemelõ autók fûtését a motor hulladék hõje adja. Pataki István elmondta, hogy a hidrogén használatával a folyamat során hõ keletkezik, így megoldott a fûtés, azonban a villamos autók esetében nem. Kovalcsik Tamás egyetértett ebben, viszont kiegészítette, hogy megfelelõ ülésfûtéssel megoldható a probléma, bár ez a jármû hatótávolságát csökkenti.
 Továbbá, szóba jött a hidrogén tartályok biztonsága is. Az elõadók egyetértettek abban, hogy egy nagynyomású hidrogéntartály veszélyes lehet, azonban az ilyen nagynyomású tartályok kívülrõl is nagy erõhatásokat képesek elviselni, valamint jelenleg is alkalmaznak gáztartályokat a gázüzemû autókban és azok esetében is biztonságosan megoldható az üzemelés.
 


Több további kérdés is elhangzott, amelyekre az elõadóink megpróbáltak kielégítõ válaszokat adni. Elmondható, hogy a remek hangulatú rendezvényen sikerült az üzemanyagok jövõbeli helyzetét jobban megismerni, azonban a közlekedés energetikájában a verseny tovább folytatódik, a remény pedig él, hogy megtaláljuk a leghatékonyabb és leginkább környezetbarát megoldást.


Fazekas Tibor
Energetikai Szakkollégium villamoskari alelnöke

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

Facebook-hozzászólásmodul