Szintetikus üzemanyag, avagy lehet-e zéró emissziós egy Trabant?
Ha az ember a média híreket követi, akkor azt hiheti, hogy a belső égésű járművek napjai meg vannak számlálva. Az autóiparral kapcsolatos hírek jelentős része az elektromobilitásról szól, és a gyártók reklámjaiban is egyre gyakrabban szerepelnek villanyautók. A Teslát övező vallásos kultuszról pedig ne is beszéljünk.
Ám ha vetünk egy pillantást a globális értékesítési számokra, akkor egy egészen más kép tárul elénk. 2020 egy speciális év volt az autópiac számára is, de az elektromos járművek mégis szép eredményt könyvelhettek el. A szegmens 43%-os növekedést mutatott fel, miközben a teljes piac 14%-kal csökkent. Ez impozáns eredmény, de így is csupán azt jelenti, hogy a 2019-es 2,5%-os piaci részesedésről 4,2%-ra nőtt az arányuk. A teljes képhez pedig hozzátartozik, hogy ebbe a kategóriába sorolják a plug-in hibrideket (PHEV) is, amelyek csak igen erős jóindulattal tekinthetőek elektromos járműveknek. Esetükben messze nem zéró emissziós járművekről van szó, hiszen a tisztán elektromos üzemben megtehető távolság ezekkel jellemzően 25-50 km, már persze ha a tulajdonosa veszi egyáltalán a fáradtságot, hogy feltöltse ezeket... Amerikában és Németországban is kiderült, hogy a munkatársaknak adott ilyen járműveket a tulajdonosaik nem töltik otthon, hiszen a cég állja az üzemanyag költséget, de az otthoni töltés áramszámláját már maguknak kellene fizetni... Mivel pedig ezek a járművel vígan működtethetőek töltés nélkül is, így igen csekély az ösztönzés rá, hogy a tulajdonos a töltéssel bíbelődjön.
Nem vitatom persze, hogy valóban zajlik az előretörése a tisztán elektromos autóknak, de ez jelenleg egy igen csekély szelete az új autók piacának, és kérdés, hogy a szegmensnek állami ösztönzők (villanyautó vásárlási támogatás) és tiltások, korlátozások (pl. belsőégésű járművek teljes betiltása) nélkül meddig folytatódhat a növekedése. Azaz, hogy tényleg egyedül az akkumulátoros technológia lesz-e az ami megoldja a szén-dioxid kibocsátás problémáját?
Nagyjából 10 évvel ezelőtt volt már egy próbálkozás a járműipar zöldítésére. Akkor a jelszó a bioüzemanyag volt. Biodízel, bioetanol. Ennek a lényege, hogy a hagyományos belsőégésű motorokban olyan üzemanyagot használjunk fel, amit aktívan termesztett növényekből állítunk elő. Így annak elégetésekor csak olyan szén-dioxid szabadul fel, amit a növény a termesztése során megkötött, ergo karbonsemleges. Az akkori próbálkozás néhány év után kudarccal végződött, mert az étkezésre szánt haszonnövények is bioüzemanyagként végezték, rekordmagasságba lökve például a kukorica árát. Ennek a termelők természetesen örültek, a mexikóban éhező szegények már kevésbé.
A korábbi kudarc ellenére egyébként az alap elgondolás helyes. Ha sikerül úgy üzemanyagot előállítani, hogy az előállítása során az elégetésével azonos mennyiségű szén-dioxidot kötünk meg, akkor az valójában karbonsemleges megoldás. Ez történhet úgy, ahogy a bioüzemanyagok készülnek, azaz élő növények természetes fotoszintézise által, de történhet növények nélkül, teljesen mesterséges módon is. Ez a szintetikus üzemanyag, más néven e-fuel.
Szintetikus üzemanyag
A belső égésű járművek működésének alapja, hogy a szénhidrogénekben kémiai formában tárolt energiát oxidációval felszabadítjuk. Magyarul elégetjük az éghető anyagot. Ez az eljárás azért nagyon hatékony, mert az égetéshez szükséges oxigént nem kell magunkkal vinni, hanem a jármű működése során azt a környezetből nyeri. Az oxigén mindenhol rendelkezésre áll.
A szénhidrogén pedig tulajdonképpen nem más, mint egy kémiai akkumulátor, ahol a molekulák energiát tárolnak. Ha a szénhidrogén molekulák mesterségesen is előállíthatóak - természetesen energia befektetésével - akkor a folyamat valójában egy kémiai akkumulátort eredményez. Ebben az esetben a tiszta forrásból (például nap, szél vagy nukleáris) származó zéró emissziós energia átalakítható és eltárolható kémiai molekulák formájában, hasonlóan egy elektromos akkumulátor feltöltéséhez.
Ha az így létrehozott szintetikus szénhidrogén előállításához szükséges szenet légköri szén-dioxidból nyerjük ki, akkor a folyamat teljességgel karbonsemleges. Ebben az esetben ugyanis bár a szénhirdogén elégetésekor szén-dioxid szabadul fel, ám ez ugyanannyi, mint amennyit annak létrehozásakor kivontunk a légkörből, ergo nettó zéró emisszió történik.
Ez az eljárás nem science-fiction, hanem létező technológia. 2019. júliusi adatok szerint a világ szintetikus üzemanyag termelése napi 240.000 hordó, ami ugyan eltörpül a napi 95 millió hordós kőolaj kitermelés volumenéhez képest, de már egy mérhető érték.
A szintetikus üzemanyagok kritikus kérdése három pontban foglalható össze:
- miből állítjuk elő?
- milyen energiát használunk ehhez?
- és mennyibe kerül a végeredmény?
Szén-dioxidból szénhidrogén?
Az első, hogy miből állítjuk elő. A folyamathoz szénre és hidrogénre van szükség. A legolcsóbb megoldás, ha földgáz felhasználásával készül. Ez bár olcsó, de valójában pont a lényeg vész el, hiszen a kitermelt földgáz elégetésével többlet szén-dioxid kerül a légkörbe, ergo nem karbonsemleges. Csak akkor karbonsemleges, ha a gyártáshoz szükséges szenet légköri szén-dioxid felhasználásával nyerjük. Erre is van létező technológia, az úgynevezett 'közvetlen levegő befogás' (direct air capture). A hidrogén előállítása pedig pofon egyszerű, hiszen a víz bontásával (elektrolízissel) a víz oxigénre és hidrogénre bontható szét, így a folyamat 'hulladéka' tiszta oxigén.
'Piszkos' energiából nem lesz zéró emisszió - a Teslában sem
A második kérdés, hogy milyen forrásból származik az energia, amit a gyártáshoz használunk? Ez ugyanaz a kérdés, ami a villanyautóknál is felmerül, hiszen a villanyautó csak akkor zéró emissziós, ha a töltéséhez használt energia is zéró emissziós. Ha egy jó öreg szénerőmű állítja elő az áramot amivel töltjük a Teslánkat, akkor csupán 'lokálisan' lesz nulla a szén-dioxid kibocsátás, de a rendszer szintjén csupán a belvárosból az erőmű környékére helyezzük át a problémát. (A klímaváltozás szempontjából pedig ez lényegtelen.)
A szintetikus üzemanyag is csupán akkor lesz zéró emissziós, ha az előállítása is zéró emissziós áramtermelésből valósul meg. Ebben az esetben viszont zéró emissziós benzint vagy gázolajat kapunk, aminek az elégetése nem juttat többlet szén-dioxidot a légkörbe. Így válhat zéró emisszióssá bármilyen belsőégésű dízel vagy benzines autó, vagy akár a sugárhajtású légiközlekedés. A szintetikus üzemanyagokkal így a jelenlegi belsőégésű autópark is karbonsemlegessé válhatna.
Mibe kerül?
Az utolsó kérdés talán a legfontosabb: az ár. Hogy mibe is kerül egy liter, vagy egy hordó szintetikus üzemanyag előállítása? Sajnos a válasz az, hogy nem kevésbe. Ennek több oka is van. Az első és leginkább kézenfekvő, hogy amíg az olajkitermeléshez relatíve kevés energiára van szükség - hiszen a kitermelt kőolajban lévő szénhidrogén molekulákat a természet fotoszintézis útján évmilliókkal ezelőtt már létrehozta - addig a szintetikus szénhidrogénben tárolt összes energiát ma kell létrehozni. Nem csupán kitermelni kell, hanem létrehozni, ami nagy különbség.
Sajnos a mai technológiai színvonalon 1 liter szintetikus üzemanyag előállítása még rendkívül drága: 10 dollár / liter, ~3000 forint. A technológia fejlesztése és a méretgazdaságosabb nagyobb üzemekkel ez várhatóan jelentősen csökkenni fog. A fejlesztések jelenleg 2 dollár / liter árszintet céloznak, ami még mindig a háromszorosa a kitermelt kőolajból készülő üzemanyagoknak (az adók nélküli árának.)
A szintetikus üzemanyag technológia úgy válhat versenyképessé, ha ezzel párhuzamosan megkezdődik a szén-dioxid kibocsátás intenzívebb büntetőadóztatása. Azaz ha a nem karbonsemleges fosszilis energiatermelést extra adókkal drágítjuk meg, kiegyenlítve a pályát, és beépítve a fosszilis energia árába azt a költséget ami jelenleg 'ingyenes' externáliaként jelentkezik a klímaváltozás képében. De a karbonadó megér önmagában is egy későbbi posztot.
A másik megoldás, ha kötelezzük az üzemanyag forgalmazókat, hogy évről-évre növekvő arányban keverjenek szintetikus üzemanyagot a benzinhez / gázolajhoz (ahogy ma is történik a bioüzemanyagokkal). Így fokozatosan drágulna az üzemanyag, időt adva a technológiai fejlesztésekből származó árcsökkenésnek.