Japánban tesztelési fázisban van egy háztartási méretű naperőművel kombinált zöldhidrogén-rendszer fejlesztése; a Sekisui House. Japán egyik legnagyobb ingatlanfejlesztője kísérleti projektjének középpontjában egy lakossági (fotovoltaikus) naperőmű, egy kis méretű elektrolizátor, hidrogéntároló tartályok és üzemanyagcella alkotta rendszer áll. A cég szerint az otthoni hidrogéntermelő és -tároló rendszer várhatóan 2025 nyarán kerülhet kereskedelmi forgalomba.
A projektben egy lakóház tetejére telepített háztartási naperőmű által termelt, de a pillanatnyi helyi fogyasztási igényen felüli villamos energiával egy kis méretű elektrolizátort működtetve állítanak elő tiszta hidrogént. Az ily módon megtermelt hidrogén aztán az üzemanyagcellás járművekben alkalmazottakhoz hasonló kompakt hidrogéntároló tartályokba kerül. A betárolt hidrogénből később az üzemanyagcellában napszaktól és évszaktól függetlenül bármikor elektromos áram állítható elő, amelynek felhasználásával a háztartás jelentősen növelheti önellátását.
A társaság közlése szerint a projektben alkalmazott hidrogéntároló tartályok energiasűrűsége (vagyis az egységnyi térfogatra/tömegre jutó tárolt energiamennyiség) nagyobb, mint az akkumulátoros energiatárolóé, így nagy kapacitású, hosszú távú energiatárolási megoldást kínál. (A világ első otthoni hidrogénenergia-tárolója például háromszor annyi energiát tárol, mint a piacvezető akkumulátoros megoldás, és az árkülönbség is hasonló mértékű.)
Elengedhetetlen a teljes energiafüggetlenedéshez?
A hidrogénes és az akkumulátoros energiatároló rendszerekre bizonyos felhasználási területeken ma még mint riválisokra, hosszabb távon azonban sokkal inkább mint egymás kiegészítőire érdemes tekinteni a jövő energiarendszerében, mivel eltérő karakterűek. Előbbi például jóval hosszabb időtartamú tárolást tesz lehetővé, míg az akkumulátorok hatékonysága nagyobb. A különbségek az egyes alkalmazási területeken egyik vagy másik technológiát hozzák előnybe.
Számos koncepció szól arról, hogy a hidrogén a jövőben az infrastruktúra alkalmassá tételét követően a földgázba keverve akár a háztartásokba is eljuthat, ahol a kazánban elégetve a hőtermelés tisztább módját biztosíthatja. Ugyanakkor a hidrogén otthoni hőtermelésben való nagyobb arányú alkalmazása ellen érvelők kiemelik a kisebb hatékonyságot és a magas költségeket. A villamos energiát termelő elektrolizátorok a szakértők várakozásai szerint méretgazdaságossági okok miatt várhatóan elsősorban nagyobb méretű és teljesítményű egységekben fognak elterjedni az új energiarendszerben.
A kutatások ezzel együtt is folytatódnak. A finn LUT Egyetem és a német Regensburgi Alkalmazott Tudományok Egyetemének kutatói közös tanulmányban vizsgálták, hogy a szezonális hidrogéntárolás mennyiben válhat a következő évtizedekben a napenergia helyi felhasználását maximalizáló költséghatékony megoldássá. A csapat által elvégzett globális elemzés a világ 145 régiójában tanulmányozta a szezonális hidrogéntárolóval kombinált háztartási napelemes rendszerek versenyképességének a 2020 és 2050 közötti időszakban várható alakulását. Ugyanebben a témában egy, a Delfti Műszaki Egyetem és a Woningcorporaties szociális lakásszövetkezet által vezetett holland konzorcium is gyakorlati kutatást végzett egy meglévő lakóépületet egy föld alatti hidrogénhálózathoz csatlakoztatva.
A vizsgálatok eredményei rámutattak arra, hogy a prognosztizált költségek, az infrastrukturális fejlesztési igények, illetve a hidrogén földgázénál kisebb energiasűrűsége miatt a háztartási szezonális hidrogéntárolás várhatóan viszonylag szűk réspiacot fog képezni, elsősorban azon észak-amerikai, észak-európai, északnyugat-eurázsiai, illetve közel-keleti régiókban, ahol a hálózati csatlakozás nem megoldott.
Az is mind egyértelműbb ugyanakkor, hogy a kizárólag napelemes energiatermeléssel rendelkező épületek teljes önellátását lehetővé tevő energiarendszerében a napelemek, a tökéletes szigetelés, az akkumulátoros energiatároló, a vízmelegítő, az inverter és a hőszivattyú mellett egy, a fűtési rendszerbe integrált hibrid hidrogénes energiatárolónak is lehet helye. Más kérdés, hogy a teljes energiafüggetlenség elérése a legtöbb ingatlan esetében nem indokolt, különösen ilyen magas költség mellett.
Jönnek a hidrogénpanelek
A hidrogéntechnológia területén zajló innovációs projektek egyre inkább a tiszta megoldások felé mozdulnak el a fosszilis energiahordozóból történő előállítás felől, vagyis a napelemet és hidrogéntermelő, illetve -tároló eszközöket is tartalmazó hibrid rendszerek valószínűleg további fejlődés előtt állnak.
Azt, hogy a kutatás-fejlesztés milyen messzire jutott már napjainkra is, jelzi, hogy már létezik közvetlen hidrogéntermelésre alkalmas napelemes panel is. A Leuveni Katolikus Egyetem kutatói által létrehozott prototípus a fotovoltaikus napenergia-termelés mellett képes a levegő páratartalmát is kivonni, majd az így összegyűlt vízből vízbontással hidrogént termelni, így az akár tetőre is telepíthető modulokat elektromos kábelek helyett gázcsövek kötik össze.
Becsléseik szerint egy körülbelül 20 hidrogénpanelből álló, hőszivattyúval kombinált rendszer képes lehet egy jól szigetelt lakóház egész téli áram- és hőigényét kielégíteni, ugyanakkor a panelek maguk nem tudnak hidrogént tárolni, vagyis számolni kell erre a célra szolgáló tartályok telepítésével. A könnyebb telepíthetőség érdekében a „hidrogénpanelek” kompatibilisek a kereskedelmi forgalomban kapható legtöbb fotovoltaikus modullal és tartószerkezettel, és a fejlesztők szerint a Föld legszárazabb régióinak kivételével hatékonyan üzemeltethetők. Várakozásaik szerint a tömegtermelés 2026-ban kezdődhet, a hidrogénpanelek várható fogyasztói ára pedig közel lehet a napelemek mai árához.
Egy másik, a Karlsruhei Műszaki Egyetem által vezetett kutatócsoport hasonló, panelszerű fotoreaktorokat fejlesztett ki, amelyek szintén alkalmasak hidrogén termelésére háztetőkön vagy napelemfarmokon. Akad olyan projekt is, amely a koncentrált naperőművek eljárását alkalmazó hidrogéntermelő rendszert hozott létre, a foto-elektrokémiai megoldással jobb hatásfokot elérve, mint a fotovoltaikus eljáráson alapuló fejlesztésekkel.
Csökkenő költségek, növekvő hatékonyság
A lakossági napelem–akkumulátor–elektrolizátor–üzemanyagcellás rendszerek teljes élettartamra számított költségei ma még meglehetősen nagyok, elsősorban a hidrogéntechnológiai komponensek magas költségei miatt. Azonban a technológia fejlődésével a hidrogéntároló tartályokhoz és az elektrolizálókhoz kapcsolódó költségek várhatóan csökkennek, ezáltal megfizethetőbbé válnak az ilyen típusú energiarendszerek. Emellett az elektrolizátorok és az üzemanyagcellák hatékonysága is javulni fog, ami szintén növeli a rendszer általános hatékonyságát.
Az időjárásfüggő megújuló energiaforrások hálózati integrálásának kihívásaira, illetve a központi energiaellátástól való függetlenedési törekvés általános erősödésére tekintettel pedig egyre kevésbé tűnik elképzelhetetlennek, hogy a nem túl távoli jövőben a nyáron napenergiával helyben megtermelt és felhasznált zöldhidrogén akár a háztartások és az energiaközösségek téli energiaellátásában is komoly szerepet játsszon.
forrás: greendex.hu
