Japán mint hidrogénalapú mintaország

Inspiráció Kiemelt

Japán atomerőműveinek csupán töredéke üzemképes, ezért az ország a hidrogénre alapozva szeretné megerősíteni gazdaságát, és felszámolni az importált olajtól és földgáztól való függést. Ebben a változásban a hibrid elektromos és akkumulátoros elektromos meghajtás mellett a hidrogénüzemanyag-cellás elektromos hajtás fejlesztésében is vezető szerepet betöltő Toyota a katalizátor szerepét igyekszik betölteni. A világ legzöldebbjének tartott autógyártó a Holland Energiakutatási Intézettel karöltve dolgozik egy olyan technológia kifejlesztésén, amely napenergia segítségével, párás levegőből képes hidrogént előállítani.

A Toyota mindeközben azonban már nem csupán sorozatgyártott hidrogénüzemanyag-cellás személyautót kínál (Mirai), de a vállalat Motomachi üzemében hadrendbe álltak a technológiával meghajtott targoncák, és sorozatgyártásra készek a vállalat hidrogénüzemanyag-cellás busz (Sora) és teherautó (Portal) prototípusai is. Előbbiek már jövőre, a tokiói olimpia során is a város tömegközlekedésének szerves részét képezik majd és a portugál Caetanobus is megkezdi a gyártásukat, míg utóbbiak elsőként Los Angeles és Long Beach teherkikötőinek forgalmát igyekeznek majd zölddé tenni a Paccarral együttműködve. Zárójelben megjegyzésre érdemes még az is, hogy a napokban bejelentett, a japán űrügynökség részére tervezett holdjárót is ez a technológia hajtja majd.

A Toyota ezenfelül számos a hidrogén széles körű felhasználását célzó kísérleti projektben van benne, az ipari és lakossági felhasználástól a hajózásig, és komolyan befektet a Japánban üzemelő hidrogéntöltő állomások számának növelésébe. A japán autógyártó ugyanis 2050-re új járműveinek átlagos szén-dioxid-kibocsátását legalább 90 százalékkal kívánja csökkenteni a 2010-es értékhez képest, de nem titkolt cél a zéró emisszió elérése.

A Toyota bejelentette, hogy olyan kutatási projektbe kezd, amely az energiaipar kulcsfontosságú szereplőjévé teheti a hidrogént. A Toyota Európa a Holland Energiakutatási Intézettel (Dutch Institute for Fundamental Energy Research) együttműködve dolgozik egy olyan eszközön, amely napsugárzás hatására hidrogént állít elő párás levegőből. Ez a szilárdtest fotoelektrokémiai cella tökéletesítve és nagyobb léptékben megvalósítva akár otthonok vagy autók energiaellátására is alkalmas lehet. Ez egyike azoknak az ígéretes technológiáknak, amelyek a környezetet szennyező fosszilis üzemanyagoktól való függőségünk enyhítésére a sokak által alkalmasnak vélt hidrogént mint energiaforrást igyekeznek hasznosítani. Szemben azokkal a folyamatokkal, amelyek szennyező energia felhasználásával állítanak elő hidrogént, a Toyota projektje – amely a holland tudományos kutatási szervezet pénzügyi támogatását is élvezi – ezt kizárólag napfény és levegő felhasználásával valósítaná meg. A kutatási projekt szorosan kapcsolódik ahhoz az újult erővel ébredő kezdeményezéshez, amivel a japán gazdaság a hidrogén felé fordul.

A februárban Las Vegasban megrendezett szórakoztatóelektronikai kiállításon (CES) mutatták be a Toyota és a Paccar teherautógyár által közösen kifejlesztett, hidrogénüzemanyag-cellás teherjárművet, amely az első a konténerkikötők károsanyag-kibocsátásának csökkentését célzó prototípusok sorában. Ezek a kezdeményezések egytől egyig annak az átfogó célkitűzésnek a részei, amelynek keretében Japán meg kívánja valósítani a tiszta energia álmát. A törekvés okait könnyű felismerni. Japán a világ első számú LNG (cseppfolyós földgáz) importőre, illetve a négy legnagyobb olaj- és kőszénimportőr egyike. A 2011-es fukusimai katasztrófát megelőzően atomerőművek biztosították az ország energiaszükségletének mintegy 30 százalékát, ám a 9-es erősségű földrengés és az azt követő szökőár következtében bekövetkezett üzemzavarok miatt az ország átmenetileg az összes atomerőművét leállította. Ez felgyorsította Japán átállását a fenntartható energiára. Az ország célja egy hidrogénalapú társadalom létrehozása, és már 2020-ban, a tokiói nyári olimpiai játékok alkalmából demonstrálni szeretnék eredményeiket.

„Ahogy az 1964-es tokiói olimpia hagyatéka a széles körben alkalmazott sinkanszen gyorsvasút volt, a 2020-as játékok a hidrogén-infrastruktúrát hagyják örökségül az eljövendő generációknak” – fogalmaz magabiztosan Yōichi Masuzoe korábbi kormányzó, akinek a számos nemzetközi szakértő által osztott véleménye szerint az ambiciózus japán stratégiai energiaterv (amely 30 éves távlatban vázolja fel a gyártás, a közlekedés és a tárolás terén megvalósítandó célokat) más országok számára is modellként szolgálhat.

A legfontosabb leküzdendő akadályok

A változás folyamata természetesen nem nélkülözi az akadályokat, amelyekkel a 2014-es kezdetektől meg kell küzdenie az országnak (a hidrogén mint abszolút zöld energiahordozó autóipari és széles körű társadalmi felhasználását célzó fejlesztések terén a Toyota több mint két évtizedes múltra tekint vissza). A hidrogént elő kell állítani, ám éppígy meg kell oldani a szállításra és tárolására szolgáló infrastruktúra problémakörét, miközben az üzemanyagcella hatásfokán és előállításának költségszintjén is akad még fejlődési lehetőség.

A japán gazdasági, kereskedelmi és ipari minisztérium (METI) 2016-ban elhatározta, hogy 2020-ra mintegy 40 ezer hidrogénüzemanyag-cellás gépkocsinak (FCV) kell közlekednie Japán útjain, amelyek kiszolgálására 160 töltőállomást és 1,4 millió lakossági üzemanyagcellát (úgynevezett ene-farmot) kell telepíteni. A METI a várakozások szerint a 2020 márciusáig tartó, kétéves időszakban legalább 108 milliárd jennel (975 millió dollár) finanszírozza a hidrogénprojekteket. Ma, kevesebb mint másfél évvel az olimpiai nyitóünnepség előtt a hidrogénalapú társadalom álma még meglehetősen távolinak tűnik.

A mindennapokban most még csupán elvétve találkozhatunk hidrogénalapú energiával. Tokióban több mint 100 darab Toyota hidrogénüzemanyag-cellás buszt áll majd forgalomba a játékok kezdetére, ám jelenleg még csupán hét darab üzemel a tokiói pályaudvar és a Tokyo Big Sight konferencia és kiállítási központ között. Míg a töltőállomások száma jövőre országszerte elérheti a 120-at, a telepítési költségek egyelőre mintegy háromszor magasabbak, mint egy hagyományos benzinkút esetében, a kereslet pedig még változatlanul igen csekély, különösen a nagyvárosok közigazgatási határain kívül. Japán déli részén, Szaga prefektúrában például mindössze 16 üzemanyagcellás gépkocsi működik, az egyetlen, 2016-ban telepített töltőállomás naponta egy ügyfelet szolgál ki a helyi napilap, a Szaga Sinbun szerint.

Az újgenerációs járműveket népszerűsítő központ adatai szerint Japánban eddig nem egészen háromezer üzemanyagcellás gépkocsit adtak el, az összeladások 2020-ig pedig várhatóan elmaradnak majd a célként kitűzött 40 ezer darabtól, annak ellenére, hogy a rohamos ütemben bővülő hidrogén-infrastruktúra alapjaiban gyorsíthatja fel a folyamatot. Ami a háztartási üzemanyagcellákat illeti, számuk a BloombergNEF jelentése szerint 2018 júliusában negyedmilliónál járt.

A magánszektor kezdeményezései hozhatják az áttörést?

Valószínű, hogy az országnak nem sikerül maradéktalanul teljesítenie a 2020-ra kitűzött célokat, ez azonban nem jelenti azt, hogy lassulna a hidrogén iránti érdeklődés Sőt, a privát szektor erőfeszítéseinek köszönhetően folyamatos növekedésben van a technológia.

2018 márciusában tizenegy japán vállalat, köztük a Toyota, a Nissan és a Honda létrehozta a Japan H2 Mobility (JHyM) elnevezésű vállalkozást, azzal a céllal, hogy 2022-re nyolcvan hidrogéntöltő-állomást létesítsenek. A vállalat jelentése szerint mostanra csaknem tizenkét állomást adtak át.

Egy hónappal később a Kawasaki Heavy Industries más vállalatokkal egyetemben bejelentette, hogy Ausztráliában barnakőszénből kívánnak hidrogént kinyerni, amelyet cseppfolyós állapotban, hatalmas mennyiségekben szállítanának Japánba, hogy ezzel is csökkentsék a költségeket.

Más cégek, köztük az olaj- és gáziparban tevékenykedő Chiyoda a világ első nemzetközi hidrogénellátó útvonalát igyekeznek létrehozni: jövőre ennek keretében akár 210 tonna hidrogént szándékoznak behozni Bruneiből – ez a mennyiség elegendő 40 ezer üzemanyagcellás gépkocsi tankolására.

A Tokyu Hotels szállodalánc tavaly megnyitotta a világ első, részben műanyaghulladékból kinyert hidrogénnel működtetett szállodáját. A köznyelvben csak Warehouse (raktár) néven emlegetett Kawasaki King Skyfront Tokyu REI Hotel üzemanyagcellája szén-dioxid-kibocsátás nélkül biztosítja a vendégszobák áram- és melegvíz-ellátását, áll annak a Toshiba Energy Systems & Solutions szolgáltatónak a jelentésében, amely uszodákban és áruházakban telepített már hasonló üzemanyagcellákat.

Japán emellett belföldi hidrogéntermelését is igyekszik felfuttatni: 2018 áprilisában mindössze 200 tonnára becsülték az előállított hidrogén mennyiségét, a gyártástechnológia fejlesztésével és a hidrogénimport rendszeresítésével a kormány a METI hidrogén alapstratégiájával összhangban 2020-ra négyezer, 2030-ra pedig 300 ezer tonnára kívánja növelni a megtermelt mennyiséget. Már előkészületben vannak a termelés növelését célzó projektek. A Toshiba Energy Systems & Solutions, valamint az új energia és ipari technológiai fejlesztési szervezet (NEDO – egy állami támogatású K+F központ) részvételével létrehozott konzorcium tavaly megkezdte egy olyan létesítmény építését Fukusimán, amely évente akár 900 tonna hidrogént is képes előállítani szél- és napenergia, valamint hálózati elektromos energia felhasználásával. Az itt megtermelt hidrogént üzemanyagcellás gépkocsikban, valamint Észak-Japánban és más területeken működő gyárakban fogják felhasználni.

Tokió kormányzója, Yuriko Koike szerint ugyancsak ezzel a hidrogénnel biztosítják majd a 2020-as játékok során az olimpiai falu energia-ellátását. A NEDO, a Kawasaki Heavy Industries és az Obayashi építkezési vállalat közös projektje 2018-ban a NEDO jelentése szerint a világon először megvalósította egy városi körzet tisztán hidrogénalapú hő- és elektromosenergia-ellátását. A cél, hogy hosszú távon megvalósítsák a közösségek energiaellátásának új módszerét.

„Az energiaipari átállás hosszú időt vesz igénybe. Még 2030-ban is csupán 800 ezer üzemanyagcellás gépkocsi járja majd a japán utakat. Mi magunk 2050-re előirányzott hidrogéntechnológiai célkitűzések megvalósításán dolgozunk. Számos feladat vár még ránk, a költségek csökkentésétől kezdve a hidrogén előállítására, tárolására, szállítására és felhasználására szolgáló technológiák tökéletesítéséig. A hidrogén népszerűsítése terén szerzett tapasztalatunknak köszönhetően Japán vezető szerepet fog betölteni ezen a területen. Emellett más országokkal együttműködve teremtjük meg a hidrogénalapú társadalmat” – véli Eiji Ohira, a NEDO igazgatója.

A Toyota az élen jár

Az üzemanyagcellás járművek iránt mutatott elkötelezettségével a Toyota kiemelkedik a hidrogént támogató japán vállalatok közül. A környezetbarát hibrid elektromos technológia több mint két évtizeddel ezelőtti bemutatása révén az elektromos autók forradalmát elhozó és ma is a világszintű részben vagy teljesen elektromos eladások mintegy 70 százalékát jegyző japán autóipari óriás több mint 25 éve kutatja az üzemanyagcellás technológiákat, első hidrogénüzemanyag-cellás elektromos (FCEV) koncepciójárművét 1996-ban mutatta be egy oszakai kiállításon. Az elmúlt években a Toyota egyre nagyobb összegeket ruházott be a hidrogénüzemanyag-cellás járművek technológiájába: csekélyebb költséggel gyártható, tömegpiaci személygépkocsikat és szabadidőjárműveket tervezett, a jobb méretgazdaságosság érdekében pedig teherautókba és buszokba is beépíti technológiáját.

A világ legnagyobb autógyártóit és energiaipari vállalatait tömörítő Hidrogén Tanács egyik vezető tagjaként pedig a Toyota aktívan részt vesz a hidrogénben mint zöldenergia-hordozóban rejlő össztársadalmi lehetőségek széles körű bemutatásában, nem utolsósorban pedig 5600, a hidrogénüzemanyag-cellás elektromos autók gyártásával kapcsolatos szabadalmát ingyenesen osztotta meg versenytársaival. A Toyota 2050-re új járműveinek globális átlagos szén-dioxid-kibocsátását legalább 90 százalékkal kívánja csökkenteni a 2010-es értékhez képest, végső célja pedig a zéró emisszó. Az autógyártó 2014 decemberében bocsátotta piacra a világ első sorozatgyártású üzemanyagcellás gépkocsiját: a futurisztikus megjelenésű Mirai szedánt, amely egy feltöltéssel több mint 500 kilométert képes megtenni. Az autó forgalmazása egyelőre a hidrogénkút-hálózattal már rendelkező országokra korlátozódik, tesztprojektjeikben előszeretettel választják energetikai vállalatok, közigazgatási szervek és mobilitási szolgáltatók (taxivállalatok és közösségi közlekedési vállalatok). A Toyota jelentése szerint 2018 végéig több mint 7500 Mirai szedánt értékesítettek a világ mintegy 16 országában.

A hidrogénüzemű nyerges vontatók és buszok mellett a Toyota egyre nagyobb arányban alkalmaz hidrogénüzemanyag-cellás villás targoncákat a Toyota Cityben működő Motomachi autógyártó üzemében, valamint a Los Angeles-i teherkikötőben. A vállalat 2018-ban bejelentette, hogy 2020 után tízszeresére szeretné növelni üzemanyagcella-köteg és hidrogéntartály-gyártási kapacitását, valamint hogy a Japánban működő Seven-Eleven üzlethálózattal közösen üzemanyagcellás könnyű haszonjárműveket készülnek bevezetni. Reményeik szerint hamarosan évente több mint 30 ezer üzemanyagcellás gépkocsit adnak el. Ezek a járművek azonban csak egy részét képezik majd a számos különböző technológiájú elektromos gépkocsiból álló flottának. 2030-ra a Toyota célja, hogy éves szinten minimum 1 millió zéró emissziójú járművet értékesítsen (ebbe a hidrogénüzemanyag-cellás járművek mellett beletartoznak az akkumulátoros elektromos autók is, amelyek eladásai szintén felfuthatnak a hatótáv növelését és a töltési idő csökkentését lehetővé tévő szilárdtest akkumulátorok térnyerésével).

„A hidrogén hosszú távú felhasználása nem olyasvalami, amire pusztán törekszünk, ezt alapvető feladatunknak érezzük” – fogalmaz Hisashi Nakai, a Toyota vállalati és technológiai csoportjának munkatársa. „A szén-dioxid-emisszió csökkentése fontos feladat, energiafogyasztásunkhoz kapcsolódóan fokozatosan egyre kevesebb szén-dioxidot szabad kibocsátanunk. A hidrogén könnyebben tárolható és szállítható, mint az elektromos energia, és mivel az utóbbi könnyen átalakítható hidrogénné, alkalmas az elektromos energia átalakításával, szállításával és elosztásával kapcsolatos, gyakori problémák megoldására. Úgy véljük, a hidrogén energiaforrásként történő alkalmazása a járható út, ezért mindent megteszünk az üzemanyagcellás gépkocsik széles körű elterjesztése érdekében.”

A gazdaságra váró feladatok

Egyes szakértők szerint Japánnak nagyobb figyelmet kellene fordítania a hidrogénalapú jövő alapvető feltételeire. A hidrogénüzemanyag-cellás technológiára vonatkozó szabadalmak 60 százaléka japán kézben van, az ország 1974 és 2015 között közel 15 milliárd dollárt fordított a megújuló energiák, a hidrogén és az üzemanyagcella finanszírozására, írja Noriko Behling, az Elsevier Economic Analysis and Policy Journal hasábjain 2015-ben megjelent, Japán hidrogéniparáról szóló tanulmány társszerzője. Az üzemanyagcellának azonban olcsóbbnak, tartósabbnak és takarékosabbnak kell lennie, ha valódi változást kívánnak elérni

„Jóval nagyobb beruházásra van szükség a hidrogént, illetve az üzemanyagcella-technológiákat érintő kutatás és fejlesztések terén. Ehelyett azonban a japán kormányzat csökkenti K+F kiadásait” – világít rá Behling a kormány fogyatkozó költéseire.

Ahogy Martin Tengler, a tokiói BloombergNEF energiaipari elemzője kiemeli, számos kutató foglalkozik tökéletesített üzemanyagcellák tervezésével és hatékonyabb tárolási megoldásokkal – például fémhidridekkel –, ám ma még nem tudható, hogy ezek eljutnak-e a piaci bevezetésig. Japán hidrogénutópiájának életképessége végső soron a költségeken, illetve más országok részvételén áll vagy bukik.

„Ma még túl korai megmondani, a hidrogén életképes energiaforrás lehet-e Japán számára” – véli Tengler. „A jelenlegi becslések szerint 2025-ben a hidrogén importja kétszer olyan drága lesz, mint az LNG behozatala, a technológia azonban ma még gyerekcipőben jár. Ha az előállítás költsége ugyanolyan gyors ütemben csökken majd, mint a nap- és szélenergia technológiák esetében, akkor az ár a jelenlegi várakozásoknál jóval hamarabb mérséklődhet.”