20° C
Ma 2024. június 17., hétfő, Laura, Alida és Alina napja van.
20° C
Ma 2024. június 17., hétfő, Laura, Alida és Alina napja van.
Scharle Péter Kultúrmérnöki Díj

Scharle Péter Kultúrmérnöki Díj

A Magyar Mérnöki Kamara, a Budapesti és Pest Vármegyei Mérnöki Kamara, a MAÚT Magyar Út- és Vasútügyi Társaság és a Széchenyi István Egyetem (Győr) díjat alapítottak dr. Scharle Péter tiszteletére. Dr. Scharle Péter (1940-2022) okl. mérnök, okl. mérnök-matematikus...

Nem tudjuk, mi fogja hajtani a jövő autóit

okt 9, 2023 | interjú

DrHanula Barna egyetemi docens a győri Széchenyi István Egyetemen, 2015 januárjától 2022 végéig vezette az Audi Hungaria Járműmérnöki Kart. A beszélgetés eredetileg arról szólt volna, hogy jó-e nekünk, ha a belső égésű motorokat elektromos hajtási rendszerekre cseréljük, de mint kiderült, a kérdésre nem lehet néhány mondattal válaszolni. Miért érdekes a tórium, miért nagyon fontos a hidrogén, ha nem is a mobilitás területén használjuk, és miért lehet egy jó biciklinek kilométereként 100 gramm károsanyag-kibocsátása? Egyebek mellett ezekről a témákról is beszélgettünk.

 

Régóta nem volt ennyire turbulens időszak az autóiparban; az uniós tagállamok jóváhagyták a belső égésű motorral szerelt új autók értékesítésének 2035 utáni betiltását. A száz százalékban szintetikus üzemanyaggal üzemelő motorok megkapták ugyan a kivételi kiskaput, de a trend egyértelmű: elektromos meghajtású járműveket kell gyártani, bár a hidrogén, mint alternatíva, még „játékban van”. Egy korszak visszavonhatatlanul véget ért? Mi hajtja majd a gyerekeink autóit?

Szeretném, ha látná, hogy egy ilyen döntés nem pusztán környezetvédelmi vagy technológiai okok miatt született, hanem számtalan egyéb tényező is befolyásolja: (geo)politika, iparstratégia, nyersanyagok hozzáférhetősége és rengeteg pszichológia. Az elektromos autókra történő átállás deklarációja a vágyvezérelt gondolkodás esete. Véleményem szerint nem jól fogalmaztuk meg a problémát, és ezért nem jó válasz született.

A belső égésű motorok elérték a hatékonyságnak, ha nem is a maximumát, de azt a szintjét, amelyen már csak tized százalékokkal lehet javítani, ez a technológia ennyit tud.

Pusztán azért, mert egy technológia régi, még nem kell kidobni. Az elektromos motor régebbi találmány, mint például az Otto-motor, de említhetnék egy egészen hétköznapi példát is: a kenyérsütés technológiája inkább évezredes, de ettől még nem kell lecserélni. Visszatérve az előző gondolatmenetre: sok olyan járművekkel kapcsolatos feladat van, amire az elektromos meghajtás a legjobb válasz, és nagyon sok olyan is van, amire viszont nem. Fogalmazzuk meg a problémát, keressünk megoldásokat, ezeket hasonlítsuk össze egy döntési mátrixban, és ezt követően hozzunk döntéseket.

Az imént említette, hogy egy ilyen nagy horderejű kérdést nagyon sok nem racionális tényező is befolyásol, és így nem biztos, hogy optimális megoldás születik.

Így van, én ilyen döntésnek látom a 2035-ös leállást, ami nem is biztos, hogy kivitelezhető. De nézzük meg, mi az alapfelvetés?!

Az egyik legjelentősebb gond a szén-dioxid-kibocsátás. Ennek mérséklésére az egyik lehetséges válasz az elektromos autó.

Itt is azt kell megnézni, hogy milyen rendszert vizsgálunk. Jelenleg azzal az elvvel dolgozunk, hogy a feltöltött akkumulátorral mozgó járműnek már nincs lokális kibocsátása, ami igaz, de ez önbecsapás. Hozzáteszem, még egy benzines autónál sem csak a kipufogón át távozó gázokat kell mérni. Ha megnézzük, hogy az olaj kitermelése, szállítása és finomítása milyen szén-dioxid-kibocsátással jár, akkor az autó kibocsátási értékéhez hozzá kellene tenni még durván 25 százalékot. Ha az elektromos jármű üzemeltetését vizsgálom, akkor figyelembe kell vennem, hogy az áramtermelés jelenleg az emberiség legnagyobb szén-dioxid-forrása, egy kilowattóra áram előállítása a világ átlagában több mint 500 gramm szén-dioxid kibocsátásával jár. A járművet az élettartama végén vissza kell vezetni a körkörös gazdaságba, ez a gyártással együtt egy hagyományos autó esetén újabb 25 százalékot jelent. Az alternatív hajtású járművek esetében ez sajnos magasabb. Azt már csak zárójelben teszem hozzá, hogy egy hagyományos, belső égésű motoros autó megfelelő karbantartás mellett akár több évtizedig is szolgálhat, addig egy elektromos autó élettartama jelen állás szerint 10-15 évre tehető, mivel ennyi idő után az akkumulátor cseréje lenne szükséges, ami gazdaságilag aligha kivitelezhető. Teljes életciklus számítással számolva – minden egyéb módszer megtévesztő – egy kilowattóra áram előállítása 500-600 gramm széndioxid kibocsátással jár Németországban. Egy kilowattóra egy elektromos autónak 5-7 kilométer megtételére biztosít energiát, vagyis 100 gramm/kilométer széndioxid-kibocsátásnál járunk.  Ez nem racionális alternatíva. Ha Franciaországot nézem, akkor ez a szám lényegesen kevesebb, nagyjából tizede a német értéknek, mert ők nem mondtak le az atomenergiáról. Az európai átlag 400 gramm környékén jár.

Tehát valamennyi szén-dioxidot meg tudnánk spórolni az elektromos autóval, de ha jól sejtem, vannak alternatívái a széndioxid kibocsátás mérséklésének.

A győri Széchenyi István Egyetemen az elsők között kezdtük el kutatni, hogy a GDP/szén-dioxid arány meglepően stabil a Földön, nagyon lassan csökken. Egy eurónyi GDP előállítása nagyjából 500 gramm szén-dioxidot jelent a világ átlagában, ami nagy szórást takar: Európában alacsonyabb, Kínában 1000, de emögött azt is látni kell, hogy az ipar egy részét kitelepítettük Kínába. A legendás Ruhr-vidéki nagyolvasztókat megszámozva szétszerelték, hajóra rakták, majd Kínában újból beüzemelték, és azóta onnan vesszük a vasat. Ha a Föld egészét nézzük, ezzel semmit sem oldottunk meg, pusztán annyi történt, hogy most nem itt, hanem ott termelődik a szemét. Ha a Föld Kft.-t akarom megmenteni, akkor a teljes rendszert kell néznem, miközben tekintettel kell lennem arra is, hogy senki nem akar GDP-t csökkenteni, mert annak politikai következményei lennének, mint ahogyan az autójáról és az életformájáról sem akar lemondani egyikünk sem, sőt újabb feltörekvő országok szeretnének belépni abba a fogyasztói klubba, ahova jelenleg mi is tartozunk.

Rendben, elfogadom, hogy az egyetlen logikus lépés a GDP/szén-dioxid arány javítása. Mit tehetünk?

Azokat a megoldásokat kell favorizálni, ahol adott összegért sok szén-dioxidot tudok megspórolni. Ha fogok egy 500 eurós bankjegyet, és elmegyek a klímavédelmi katedrálisba, ott állnak a perselyek. El kell döntenem, hogy melyikbe teszem a pénzemet. Ha egy erőmű kéményéből leválasztom a szén-dioxidot, összesűrítem és lepumpálom a föld alá – Carbon capture and storage (CCS), a technológia elvileg megvan – akkor az 500 euróból 3-3,5 tonna szén-dioxidot tudok kivonni a rendszerből.  Erre mi a válasz? Az, hogy ez még drága, és ehelyett az autók szén-dioxid-fogyasztását kell csökkentenünk. Egy hagyományos autó esetén ennyi pénzből 1 tonna széndioxidot tudok megspórolni.

És egy villanyautó esetében?

Megint csak durva számításokkal – az 500 eurómmal 200 kiló szén-dioxidot tudok csak megtakarítani. Ettől még lehet szeretni az elektromos autókat az egyéb tulajdonságaik miatt, de a szén-dioxid-csökkentésre nem hatékonyak.

Azzal, hogy elektromos autókra váltunk, megszabadulunk az olajfüggőségtől, ami az 1973-as első olajválság óta napirenden van. Áramot sokkal diverzifikáltabban tudunk előállítani.

Igen, de ha azt a dilemmát is felvetjük, hogy miként tároljuk az energiát egy mobil eszköz fedélzetén – benzin, dízel, akkumulátor, kondenzátor, hidrogén, földgáz – akkor a szén-dioxidra visszaszámolva nem igazán lesz a nap végén nagy különbség, csak árban. Ami viszont számít, az az, hogy honnan jön ez az energia. A kérdés tehát az, hogy van-e még olyan zöld energiaforrásunk a Földön, amelyet bővíteni tudunk és integrálhatunk a hálózatba.

A vízenergia nem jó megoldás?

Ez sem ilyen egyszerű. A világ második legnagyobb vízierőműve a Paraguay és Brazília határán található az Itaipu, és a közvélekedés szerint az így nyert áram zöld. Csakhogy a lelassult vízfolyás miatt a szerves anyagok a meleg égövön anaerob módon bomlanak, metánt termelnek, aminek az üvegházhatása nagyon jelentős. Egy peer review-s tanulmány szerint annyira, hogy összevethető egy szénerőmű emissziójával. (A peer review a tudományos publikációk megjelenése előtt beiktatott szakmai elbírálás, aminek legfőbb célja a kutatás hitelesítése. A peer review értékelésen át nem esett vagy azon megbukott cikkeket a tudósok erős gyanakvással kezelik. Forrás: https://lexiq.hu) – A szerk.) De ez a hatás a mérsékelt égövön szerencsére nem érvényesül.

Mit gondol a szélkerekről és a napelemfarmokról?

Számos helyen olvastam, hogy a zöldáram négyszer-ötször jobb, mint például a szintetikus üzemanyag, ám arról elfeledkeznek, hogy Németország csúcs áramfogyasztása 80 gigawatt, miközben 130 gigawattnyi napelem- és szélkerékkapacitást építettek ki. Az ismert, hogy ezek kihasználtsága korlátozott, Németországban – a napelemnél 11%, a szélkerekek esetében átlagosan 18% –, és mivel időjárásfüggő, nem akkor keletkezik áram, amikor kellene, amikor a fogyasztói igény jelentkezik. Vagyis az időszakosan jelentkező felesleget tárolni kell, mert egyébként nem tudjuk hálózatba integrálni.

Megoldás lehetne a duzzasztásos erőmű? A felesleges árammal felpumpáljuk a vizet, és amikor megnő az áram iránti igény, ráengedjük a vizet a turbinákra, ami egészen olcsón termel áramot.

Valóban, ezek az erőművek 1-2 eurocent/kilowatt áron tárolják az áramot, de ahhoz, hogy a felesleges szél- és napenergia-kapacitást integrálni lehessen, 300 ilyen felpumpálós erőműre lenne szükség csak Németországban, a jelenlegi 30 helyett, ami irreális. Nincs ennyi alkalmas helyszín, és nagyon nehéz az engedélyezés. Márpedig az energiát tárolni kell.

Tárolhatnánk magukban az elektromos autókban.

Egy kilowatt energia tárolása egy autóban nagyjából 1 euró, amit mondjuk Pakson 3 centért állítottak elő. Ráadásul ehhez olyan hálózatra lenne szükség, ami mindenhova eljuttatja a zöldenergiát, de ez a jelen állás szerint 2050-re még Németországban sem lesz készen. Nemzetgazdasági szinten is releváns mennyiségű áramot értelmezhető ideig csak és kizárólag molekulákban lehet tárolni. Semmilyen akkumulátor vagy kondenzátor nem erre képes, ebből a szempontból az elektromos autó nem tud segíteni.

Az 500 eurós kérdésnél tartottunk.

Ha odaadom az iparnak, hogy csináljanak belőle valami jobb hatásfokú dolgot – az európai szén-dioxid-kvóta 80 euró tonnánként –, akkor ez az 500 euró hat tonna szén-dioxid-kibocsátáscsökkentést is lehetővé tehet. Még egyszer: egy elektromos autó ebből a pénzből 200 kilót tud felmutatni. Mondok mást: egy családi ház szigetelésével – amelynek a hatása akár évtizedekig is érvényesül –, ugyanakkora költségvetéssel 50 tonnát tudok megspórolni. Ha egy lepusztult kelet-európai lignit- vagy barnaszenes erőművet újítok fel – átállítjuk földgázra és korszerű turbinákat teszünk bele – akkor az 500 euróból 100 tonnánál is többet tudunk megspórolni.

Ha az alternatív technológiák hatékonyabbak és olcsóbbak lesznek, változhat a számítás eredménye?

Most még nem jön ki a matek. Közelítsük meg máshonnan a kérdést: kétezer euróért veszek egy hegyi bringát, akkor ennek a kétezer eurónak az előállítása egy tonna szén-dioxid-kibocsátással is összeköthető, hiszen minden egyes eurónyi érték előállítása fél kiló szén-dioxid légkörbe kerülésével is együtt jár. Ha tízezer kilométert tekerek, és visszaosztom, akkor még mindig 100 gramm/kilométeres értéknél tartok, ami nagyságrendileg összevethető egy átlagos személyautó károsanyag-kibocsátásával. Azt akarom ezzel mondani, hogy jelenleg a fákat vizsgáljuk egyesével, nem az erdő egészét. Ahhoz, hogy érzékelhető mennyiségű szén-dioxidot vonjunk ki a rendszerből, nem a hagyományos vagy az elektromos autó felől kell közelítenünk, nem ez a megoldás.

Ezt kifejtené?

Minden olyan megoldást ki kell használni, ahol kevés pénzből sok szén-dioxidot lehet megspórolni. Az összes európai autó szén-dioxid kibocsátása 25%-os részarányt képvisel az összértékből, a világ összes autója a Föld összes szén-dioxid-kibocsátásának 8%-áért felel. Az emberiség szén-dioxid-kibocsátásának 37-38 %-a az áramtermelésből ered. Semmilyen más tevékenységünk sincs 10% felett. Az antropogén – azaz emberi eredetű – szén-dioxid-kibocsátás 86 %-át az ipari termelés adja, és csak 14%-ot a lakossági végfelhasználás, és ebbe beleértendő az otthonok fűtése, a főzés és az autózás is. Nem ennek a 14%-nak a csökkentésével fogjuk megmenteni a bolygót. A hőszivattyú vagy az autóipar átalakítása hozhat néhány százalékot, de rendszerszintű eredményt nem. Fajlagosan nagyon sok pénzért nagyon kevés megtakarítást eredményez.

Merre induljunk?

1960-ban az emberiség energiafelhasználásának kilencven x százaléka származott fosszilis forrásból, ez a szám ’90-re lecsökkent 79%-ra, ez volt a világban az atomerőmű építések korszaka. Az 1986-os csernobili katasztrófa után ezek támogatottsága jelentősen lecsökkent. A ’90-es években nem is nagyon épült új atomerőmű, megkezdődött a megújuló energiaforrások korszaka, ezzel együtt a fosszilis arány ismét 80% felett van.

Vagyis a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésére az atomenergia a válasz?

Németországban, ahol sorra zárják be az atomerőműveket, 600 gramm szén-dioxid-kibocsátás jut egy kilowattórára, Nagy-Britanniában, ahol megtartották az atomerőműveket, és ezzel egyidejűleg korszerű turbinákkal szerelték fel és földgázra állították át a szénerőműveket, ez az érték 270 gramm. És a közvélekedés szerint pazarló és a környezetvédelmet nem feltétlenül a prioritási lista élén tartó USA-ban sincsenek sokkal a németországi szint felett, igaz a tengerentúlon az atomenergia részaránya még mindig 19%.

Mit gondol, az ismert előzmények után mennyi esélye van az atomenergia újbóli reneszánszának?

A németországi zöldmozgalom először betiltatta a használt fűtőelemek újrahasznosítását, aztán arra hivatkozva, hogy elfogy az urán, megakadályozta a technológia fejlesztését, lejáratta az atomenergiát. Fokozatosan ellehetetlenítették az atomenergetikai kutatást, szélnek eresztették a világ legjobb kutatóit, akik már a következő generációs erőműveken dolgoztak, például a folyékony sóolvadékos vagy a tóriumreaktoron, amely pedig válasz lehetne a fenti kérdésekre. Tóriumból 20 ezer évre elegendő készlet van a világon. Újabb reaktortechnológiával elkerülhető lenne a veszélyes hulladék több százezer éves tárolása, feleslegessé válnának például a geológiai végtározók. Ez utóbbi problematikája egyébként is túlmisztifikált: ha az egyesült államokbeli összes erősen sugárzó atomerőműből származó hulladékot összeraknánk egy helyre, az egy focistadionnyi területet foglalna el, mondjuk a sivatagban. A fúziós erőművek 2050-ig aligha kerülnek piacra, de a moduláris, kisebb teljesítményű atomerőművektől szerintem teljes joggal várhatjuk el, hogy biztosítsa az energiaellátásunk egy részét. Szerintem ezek érkezni fognak, hiszen az emberek nem akarnak lemondani az életszínvonalukról, amihez pedig áram kell, zöldáram. És ezzel visszatérve az eredeti felvetéshez: az elektromos autó akkor lenne jó megoldás, ha lenne zöldáram.

A vízbontással előállított hidrogén nem jön képbe?

Nagyon is jön, csak a szerepét kell megérteni. Sokan azzal érvelnek ellene, hogy sokkal jobb az energialánc hatásfoka, ha a zöldáramot akkumulátorban tárolva hajtjuk a járműveket. Ebből a gondolatmenetből egyedül az a fentebb említett tény hiányzik, hogy csak akkor lesz zöldáramunk, ha az energiát tárolni tudjuk. Nemzetgazdasági szinten releváns mennyiségű energiát a kellő ideig jelenlegi tudásunk szerint csak molekulák formájában tudunk tárolni. Azaz gáz formájában a föld alatt. Ehhez pedig az első lépés a vízbontás. A tűzelőanyagcella-fejlesztés úttörője a kanadai Ballard Power Systems, amely mögött ott van a Ford és a Mercedes is. Korábban nagyon optimista nyilatkozatokat tettek, amelyek aztán nem váltak valóra. Ennek egyik oka, hogy nincs például elegendő hidrogén. Hadd kérdezzek most én egyet! Hogyan állítjuk elő a hidrogént, és mire használjuk?

Vízbontásra tippelnék, de a felhasználásra nincs ötletem.

A hidrogént úgy állítják elő, hogy a fosszilis eredetű földgázt (CH4, vagyis metán) 900 fokra hevítik, ahol aztán vízgőz jelenlétében szétesik hidrogénre és szén-dioxidra. Egy kilogramm hidrogén előállítása közben 9 kilogramm szén-dioxid szabadul fel, és akkor még nem számoltam azt a mennyiséget, amely a hevítés során keletkezik. Ez a szürkének nevezett hidrogén energiahordozóként nyilván nem a jövő megoldása. Ezen még az sem változtatna, ha a hidrogén előállítása közben keletkező szén-dioxidot a föld alá préselnénk.

És mire használják az így előállított hidrogént?

Műtrágyagyártásra (ammónia, pétisó) és olajfinomításra. Amíg a fenti metódust nem tudjuk megváltoztatni, addig az így előállított hidrogént autók meghajtására használni környezetvédelmi szempontból nem megoldás. Ha meg tudnánk oldani a hidrogén zöld előállítását, akkor megnyílna az út a járműves felhasználás felé, akár tüzelőanyag-cella, akár belső égésű motor formájában. A Bosch már szériaérettre fejlesztette a hidrogénbefecskendező szelepeket.

Bónuszkérdés: mi a véleménye arról, hogy Magyarország hamarosan akkumulátorgyártó nagyhatalom lesz?

Stratégiai döntés született. Nem tudjuk, hogy mi fogja hajtani a jövő autóit, de abból indultunk ki, hogy sok villanyautó lesz, amelyekhez kell az akkumulátor. Ha ilyen erősen kötődünk a járműiparhoz, nem eretnek gondolat, hogy legyünk jelen ebben a szegmensben is. Fredmund Malik osztrák professzornak van egy nagyon találó definíciója a stratégiai döntésre: ha akkor ébredünk rá, hogy nem vált be, amikor nem vált be, akkor már késő. De az autógyártók az elmúlt évtizedekben elkényelmesedtek, nem kellett stratégiai döntéseket hozniuk, és az iparág azért van most nehéz helyzetben, mert hiányoznak azok a vezetők, akik képesek lennének ezt a szintet elérni. Az iparági menedzserek kicsit tervgazdasági módon gondolkodnak és viselkednek. Ha egy autógyártó kijön egy, a piacon megbukó termékkel, és ugyan le kell vele állni, de ez túlélhető, akkor az egy operatív döntés volt. A stratégiai szint ennél feljebb kezdődik.

Mentségükre szóljon: sok még a bizonytalanság, olyan válaszúthoz érkeztünk, ahol nem nagyon vannak útjelző táblák.

Egy biztos: az említett 2035-ös döntést 2026-ban felülvizsgálják. Ennek az ad különös jelentőséget, hogy a jelenlegi számítási metodikát addigra felváltja a teljes életciklust figyelembe vevő módszer ((life-cycle assessment, LCA). Meg vagyok győződve arról, hogy lesznek még meglepetések.

 

Rozsnyai Gábor

Fotó: Májer Csaba

Scharle Péter Kultúrmérnöki Díj

Scharle Péter Kultúrmérnöki Díj

A Magyar Mérnöki Kamara, a Budapesti és Pest Vármegyei Mérnöki Kamara, a MAÚT Magyar Út- és Vasútügyi Társaság és a Széchenyi István Egyetem (Győr) díjat alapítottak dr. Scharle Péter tiszteletére. Dr. Scharle Péter (1940-2022) okl. mérnök, okl. mérnök-matematikus...