A szén-dioxid-kibocsátás elleni harcban komoly szerep hárulhatna a dízelmotorokra, amelyek jobb hatásfokuk miatt közismerten kevesebb üzemanyagot fogyasztanak, és így kevesebb üvegházhatást keltő szén-dioxidot termelnek, mint a benzinmotorok. Megítélésük mégis egyre romlik, mert égésfolyamatuk közben egy sor egyéb károsanyag keletkezik, amelyek csak összetett és ezért költséges berendezésekkel közömbösíthetők. A legcélravezetőbb megoldás az lenne, ha ezeket gyökerestül sikerülne kiirtani, azaz már a keletkezésüket képesek lennénk meggátolni. Ebben nyújthatna segítséget, ha hidrogént adagolnánk a motorba, amivel a gázolajfogyasztást és a szén-dioxid-kibocsátást is tovább csökkenthetnénk.
Előnyei miatt régóta küzdenek a szakemberek azért, hogy megmentsék a dízelmotort. A legújabb - oxidációs katalizátort, részecskeszűrőt és SCR katalizátort is felvonultató - háromlépcsős, azaz meglehetősen összetett rendszerek ugyan környezetvédelmi szempontból szalonképessé tették a személyautók dízelmotorjait, a bizalom mégis megrendült irányukban.
Sokakat valószínűleg a várható magasabb fenntartási-javítási költségek vagy épp az a tudat tart vissza a vásárlástól, hogy használtan majd nehezebb lesz eladni. Helyükbe a különböző hibridek és teljesen elektromos autók lépnek. A folyamatot talán kellőképpen illusztrálja, hogy a dízelmotoros autók valaha volt egyik fellegvárában, Németországban, tavaly majdnem annyi új plug-in hibrid és elektromos autó talált gazdára, mint dízel.
Az akkumulátoros elektromos hajtás alkalmazhatósága azonban nagyobb egységekben, teherautókban, kamionokban, hajókban, mezőgazdasági gépekben máig vitatott. Ugyanakkor a környezetvédelmi elvárások esetükben is egyre szigorodnak, vagyis náluk sem mehet minden úgy tovább, mint eddig. Valamit tehát tenni kellene, de nagy kérdés, hogy pontosan mi lenne a megoldás, ha a személyautókban teret nyerő akkumulátoros technológia nem.
Egyik lehetőségként felmerült a tüzelőanyag-cellás hidrogénhajtás alkalmazása, azonban ennek költségei még mindig csillagászatiak. Kiváló átmeneti megoldásnak tűnne a problémára, ha megtarthatnánk a dízelmotorokat az említett gépekben is, de úgy, hogy azok káros-anyag kibocsátását már a keletkezésük helyén, azaz a hengeren belül megfékeznénk. Erre a feladatra kiváló anyagnak kínálkozik a hidrogén. De nem mindegy, hogyan alkalmazzuk!
A hidrogénnek a dízel égésfolyamatra tett kedvező hatása évek óta ismert. Már kisebb mértékben a szívócsőbe adagolva elégésekor hatásosan égeti el a részecskéket, aminek köszönhetően akár 80 százalékkal csökkenhet a koromkibocsátás. Mivel a hidrogén a levegő oxigénjével vízgőzzé ég el, ami hűti az égésteret, ezért a (magas hőmérsékleten keletkező) nitrogén-oxid kibocsátás is csökkenhet 22 százalékkal.
A hidrogén elégésekor ugyanakkor energia szabadul fel, ez üzemanyag- (gázolaj) felhasználást vált ki, amelynek mértéke a hidrogén adagolás arányától függ. Még a legszerényebb hozzákeverés mellett is 14 százalékkal csökkenhet a fogyasztás, egyúttal 25 százalékkal a szén-monoxid és 8 százalékkal a szén-dioxid-kibocsátás. Még a motor nyomatéka is nőhet körülbelül 10 százalékkal részben annak tulajdoníthatóan, hogy a hidrogén energiatartalma tömegegységre (például 1 kg-ra) vetítve nagyjából háromszorosa a gázolajénak.
Ezeket az eredményeket úgy érték el, hogy a hidrogéngázt a szívócsőbe vezették, ahol elkeveredett a beszívott levegővel. Ez nyugodtan kivitelezhető, mert a hidrogén gyulladási hőmérséklete magasabb a gázolajénál, így nem kell tartani az öngyulladástól. A hengerben lévő, összesűrített levegő-hidrogén keverék csak akkor lobban be, amikor a gázolajat befecskendezik.
Egy ilyen rendszer megvalósítása annyira nem túlkomplikált, hogy már több cég kínál ilyen megoldást. Az MAN például kérésre minden további nélkül hidrogén-dízel kettős üzemanyagúra alakítja át a hajóba beépíthető, D2862 LE428 jelzésű, 24 literes, V12-es dízelmotorját. A módosítás után D2862 LE 448-ra átkeresztelt, 2100/perces fordulaton 1019 lóerős teljesítményt leadó V12-es a nagyobb arányú hidrogénadagolásnak köszönhetően 50-80 százalékkal kevesebb szén-dioxidot ereget a levegőbe, mintha tisztán gázolajjal üzemeltetnék. A nitrogén-oxid kibocsátás is jelentősen csökken, a teljes közömbösítésére azonban ezt a motort is ellátták SCR katalizátorral.
Ezek az eredmények biztatóak, de a szakemberek nem elégedettek velük. Még lejjebb szeretnék szorítani a kibocsátást. Az ehhez vezető legegyszerűbbnek tűnő út, ha a gázolaj mennyiségének rovására annyira növelik a hidrogén arányát, amennyire csak lehet. A 100 százalék nem életszerű, mert valamennyi gázolajra mindenképpen szükség van az égésfolyamat elindításához, magyarul a gyújtáshoz.
Ausztráliában, Új Dél-Wales Egyetemén sikerült tartósan üzemeltetni egy sorozatgyártású motorból átalakított kísérleti egységet 90 százalék hidrogén és 10 százalék gázolaj üzemanyag aránnyal. A jelentős különbség a másik, a MAN által is alkalmazott megoldással szemben, hogy a kísérletet vezető Shawn Kook professzor motorjában a hidrogént nem a szívócsőbe vezetik, hanem közvetlenül a hengerbe fecskendezik.
Az első eredmények biztatóak, a szén-dioxid-kibocsátás 85 százalékkal csökkent, sőt, a közvetlen befecskendezésnek tulajdoníthatóan nitrogén-oxidokból is még kevesebb keletkezik. Apró probléma azonban Kook professzor szerint, hogy utóbbi cél eléréséhez a hidrogén adagolásának mértékét nagyon pontosan kell szabályozni.
Mindkét megoldás óriási előnye, hogy nincs szükség vadonatúj motorkonstrukcióra. A ma gyártásban lévő motorok a szívócső-befecskendezős rendszerre kisebb, a közvetlen befecskendezésesre valamivel nagyobb módosítások árán, de problémamentesen átalakíthatók. A szívócső-befecskendezéseseknél a hidrogénadagoló szerkezet felszerelése mellett a gázolaj-befecskendezés szabályozását kell áthangolni, míg a közvetlen befecskendezésesnél ezek mellett a hengerfejben a hidrogén fúvóka beépítését kell megoldani.
Ez eddig jól hangzik, de felmerül a kérdés, hogy honnan jön a hidrogén? Az egyik lehetőség, hogy a teherautók, kamionok, mezőgazdasági gépek, vagy rövidebb útvonalon közlekedő hajók (kompok) nagynyomású tartályban, vagy tartályokban viszik magukkal a hidrogént.
Egyes cégek azonban már kínálnak olyan fordított üzemű tüzelőanyag-cellákat, amelyek áram bevezetése mellett desztillált víz bontásával állítanak elő hidrogént. Ezeknél persze egy újabb kérdés merül fel: honnan jön az áram a vízbontáshoz? Erre esetleg – például hajók esetében – a napelemek alkalmazása lehet a válasz.
A hidrogén dízelmotor üzemanyagként való felhasználásánál problémaként jelentkezik még magának a hidrogén gáznak az előállítása. Mint arról korábban írtunk (itt és itt), a ma felhasznált hidrogén túlnyomó részét földgázból állítják elő, ami energiabefektetést igényel, és szén-dioxid-kibocsátással jár. Ha tehát maradunk a hagyományos gyártási módnál, akkor a hidrogén-gázolaj kettős üzem sem tekinthető annyira környezetbarátnak, mint amennyire a motor közvetlen kibocsátása alapján tűnik.
A másik előállítási lehetőség, ha árammal bontjuk fel a vizet, de ekkor ugyanazzal a gonddal találjuk szemben magunkat, mint az elektromos autók akkumulátorai esetében.
Amennyiben az akkumulátor töltésére, illetve a vízbontásra használt áram hagyományos erőműből származik (országosan számolhatunk erőmű mixszel is), akkor az áram, illetve hidrogén csak annyira tiszta, amennyire az áram előállítása is az volt (Magyarországon 1 kWh elektromos áram előállítása során 195 gramm szén-dioxid keletkezik. Összehasonlításul, például Németországban ez az adat 402 g/kWh. Az EU-n belül a legalacsonyabb Svédországban 9, a legmagasabb Észtországban 946 g/kWh. 2021-es adatok az Európai Környezetvédelmi Ügynökségének oldaláról származnak).
Ennek megfelelően a megoldás is ugyanaz. Mind az elektromos autó töltésére, mind a hidrogén előállítására felhasznált áram akkor tekinthető tisztának, azaz szén-dioxid-kibocsátástól nagyságrendileg mentesnek, ha megújuló energiaforrásból, napelemből, szél-, vagy vízerőműből származik. A világ fejlettebb részein egyre nagyobb számban telepítik ezeket, így elméletileg van remény. Az irányzatot talán szemlélteti, hogy csak 2010 és 2021 között a hazai áramelőállítás szén-dioxid-kibocsátása 306 g/kWh-ról 195-re csökkent, Németországé 471-ről 406-ra, de például Luxemburg 227-ről 68-ra csökkentette a szennyezést. Adatok ugyanonnan.)
