Kis flotta, nagy költség – a hidrogénbuszok megtérülési dilemmája

Ahogyan a világ városai – gyakran politikai és társadalmi nyomás hatására – egyre sürgetőbben törekednek a közlekedési ágazat dekarbonizációjára, az üzemanyagcellás elektromos buszok egyre inkább a fenntartható közösségi közlekedés ígéretes technológiai megoldásává válnak. Ezek a járművek hidrogén és oxigén reakciójával állítanak elő elektromos energiát, működésük során pedig csupán vízgőzt bocsátanak ki. Ez a közvetlen működés szintjén lokálisan mindenképpen zéró kibocsátást jelent, ami különösen előnyös a városi közlekedés szempontjából. Ugyanakkor a technológia gazdasági életképessége továbbra is komoly kérdéseket vet fel, ezért elengedhetetlen a teljes tulajdonlási költség – vagyis a TCO – alapos vizsgálata, amely a beruházástól az üzemeltetésen át a karbantartásig minden tényezőt figyelembe vesz. Ez különösen fontos akkor, amikor egy közlekedési vállalat hosszú távú beruházási döntéseket készít elő, hiszen nem csupán az aktuális járműbeszerzési ár számít, hanem a teljes életciklusra vetített összes kiadás is. Ezt a kérdéskört járta körül az amerikai Rutgers Egyetem tavaly megjelent tanulmánya, amely két különböző méretű autóbuszflotta példáján keresztül vizsgálta az üzemanyagcellás technológia gazdasági fenntarthatóságát.

A tanulmányban alkalmazott TCO-szemlélet célja, hogy minden olyan tényezőt számításba vegyen, amely a járművek teljes használati ideje alatt költséget jelent. Ez magában foglalja a járműbeszerzést, az infrastruktúra kiépítését (például hidrogéntöltő állomásokat vagy hidrogéntermelő egységeket), az üzemanyag- vagy energiaárakat, a karbantartást és az üzemeltetési kiadásokat is.

A tanulmány két szcenáriót vizsgál. Az egyik egy 5 buszból álló, már működő flotta költségeit elemzi 2023-as indulással és 10 éves időtávlatban. A másik egy 100 buszos jövőbeni flottát modellez, amely 2028-ban lépne üzembe, szintén egy évtizedes működést feltételezve. Mindkét esetben felmérték a járműbeszerzés, az infrastruktúra kiépítése és fenntartása, az energiaellátás, valamint az üzemeltetés és karbantartás költségeit, és különböző hidrogénellátási alternatívák kerültek összevetésre.

A kutatók több hidrogénellátási alternatívát értékeltek, többek között a helyszíni elektrolízissel előállított hidrogént, valamint a gőzreformáláson alapuló – szénmegkötéssel és anélkül működő – hidrogéntermelési módszereket. Vizsgálták továbbá a külső forrásból vásárolt, szállított hidrogén opcióit is, amelyeket különböző szállítási formákban (gáznemű vagy folyékony) és különböző előállítási technológiák szerint (szürke, kék, zöld hidrogén) vettek számításba.

A kisflottás forgatókönyvben minden jármű napi átlagos futásteljesítménye 320 kilométer volt. A tanulmány megállapítása szerint ebben a méretkategóriában a hagyományos dízelüzemű technológia továbbra is a legköltséghatékonyabb megoldás. A teljes tulajdonlási költség – vagyis a járműbeszerzéstől az üzemeltetésen és karbantartáson át az üzemanyagig terjedő összes kiadás – a dízelbuszok esetében jelentősen alacsonyabb, mint bármely hidrogénes alternatívánál. A legkedvezőbb hidrogénes opció, a külső forrásból vásárolt szürke hidrogén gáznemű szállítással, a dízelhez képest 21,24%-kal magasabb TCO-val rendelkezik a tanulmány szerint.

A dízelüzemű járművek szén-dioxid-kibocsátása ebben a modellben 2,84 kg/mérföld (≈1,77 kg/km), amely két részből tevődik össze; az égés során közvetlenül keletkező 2,16 kg/mérföld (≈1,34 kg/km), valamint az üzemanyag előállításához és szállításához kapcsolódó 0,68 kg/mérföld (≈0,42 kg/km) kibocsátásból. A szürke hidrogénes megoldás esetében a teljes kibocsátás 2,30 kg/mérföld, azaz körülbelül 1,43 kg/km. Ez kizárólag a hidrogén előállításából (jellemzően földgáz reformálásával), szállításából és tárolásából származik, mivel az üzemanyagcellás jármű működése közben nem bocsát ki szén-dioxidot.

A legkörnyezetkímélőbb alternatívát a helyszíni elektrolízissel előállított hidrogén képviseli. A kapcsolódó szén-dioxid-kibocsátás ebben az esetben 2,09 kg/mérföld (≈1,30 kg/km), amely kizárólag az elektrolizáló berendezéshez használt villamos energia előállításából ered. A kisflotta esetében az elektrolízishez felhasznált áram nem „zöld”, hanem vegyes hálózati forrásból származik, ezért a CO₂-kibocsátási érték viszonylag magas. Ha megújulóval működne az elektrolizáló, a kibocsátás drasztikusan csökkenne, és ez a megoldás valóban zéró emissziós alternatívát jelenthetne.

A nagyflottás forgatókönyvben a kutatók egy 100 buszból álló jövőbeli üzemeltetési modellt vizsgáltak, amely 2028-ban indulna el. A buszok itt is napi több mint 300 kilométert tennének meg, és tízéves működési időszakkal számoltak. A nagyobb flotta lehetőséget ad arra, hogy a hidrogénnel kapcsolatos beruházások – például a töltőállomások vagy hidrogéntermelő berendezések – jobban megtérüljenek, mivel a költségek több jármű között oszlanak meg.

A vizsgálatból az derül ki, hogy ebben a méretkategóriában a hidrogénes alternatívák egyre versenyképesebbé válnak. A tanulmány szerint már 2028-ra is vannak olyan megoldások, amelyek olcsóbbak lehetnek, mint a dízelüzemű buszok, és néhány év elteltével minden hidrogénes opció költség szempontjából is kedvezőbbé válhat. A legalacsonyabb költséget az a megoldás jelentette, amikor a hidrogént helyben állítják elő földgázból, egyszerű, szénmegkötés nélküli módszerrel (ez az úgynevezett „szürke hidrogén”).

A különböző megoldások szén-dioxid-kibocsátásában is jelentős eltérések figyelhetők meg. A szürke hidrogén esetében a kibocsátás 2,30 kg/mérföld (≈1,43 kg/km), a kék hidrogénnél 1,14 kg/mérföld (≈0,71 kg/km), míg a legalacsonyabb érték a zöld hidrogénhez kapcsolódik, amely helyszíni elektrolízissel készül: 0,95 kg/mérföld (≈0,59 kg/km). Az utóbbi érték a 2028-as nagyflottás szcenárióra vonatkozik, amikor a tanulmány feltételezése szerint a hálózati villamos energia már 50%-ban megújuló forrásból származik. A jelenlegi helyzetben, például a kisflottás modellben, ugyanez a technológia 2,09 kg/mérföld (≈1,30 kg/km) kibocsátást eredményez, mivel az elektrolizáló berendezést túlnyomórészt fosszilis alapú hálózati áram táplálja. Ez jól mutatja, hogy a „zöld hidrogén” karbonintenzitása nagymértékben függ az előállításához felhasznált villamos energia eredetétől. A tanulmány hangsúlyozza, hogy bár ez a megoldás a jövőben lehet a leginkább környezetbarát, jelenleg még magas beruházási és működtetési költségekkel jár.

A dízelüzemű technológia a 100 buszos esetben már nemcsak környezeti, hanem pénzügyi szempontból is a legkedvezőtlenebb választásnak tűnik. A kutatók számítógépes szimulációval is alátámasztották, hogy a dízel a legdrágább, ráadásul a költségei a legkiszámíthatatlanabbak.

A kutatás végkövetkeztetése szerint a jelenlegi piaci és technológiai viszonyok között az üzemanyagcellás technológia kis léptékben még nem tud gazdaságos alternatívát kínálni a hagyományos dízelüzemű buszokkal szemben. Azonban amint a flotta mérete eléri a száz járművet vagy annál többet, a kép jelentősen átalakul. Ekkor már több olyan hidrogénes ellátási modell is létezik, amely összességében kedvezőbb gazdasági és környezetvédelmi mutatókat produkál. Különösen a helyszíni gőzreformálás szénmegkötéssel ellátott változata emelkedik ki, amely a jelen technológiai állapot mellett is képes kedvező költségszintet, alacsony kibocsátást és megfelelő üzemeltetési megbízhatóságot biztosítani.

Hosszabb távon ugyanakkor az elektrolízis is egyre ígéretesebb alternatívává válik. A tanulmány szerint az elektrolizáló berendezések hatásfoka napjainkban még csak 73% körül volt, de 2028-ra elérheti a 82%-ot, sőt egyes fejlesztések akár 88%-os vagy annál magasabb hatásfokot is lehetővé tehetnek. Már önmagában ez a technológiai előrelépés is képes csökkenteni a teljes tulajdonlási költséget, de a még nagyobb fordulópontot az jelenti majd, ha a zöld villamos energia szélesebb körű elérhetősége az áramköltségek jelentős csökkenését is maga után vonja. A tanulmány hangsúlyozza, hogy az energiaforrás „zöldebbé” válásával – vagyis a megújuló energiaforrások arányának növekedésével – a zöld hidrogén előállítása is egyre olcsóbb és környezetbarátabb lesz.

Összességében a tanulmány üzenete egyértelmű, a hidrogénalapú technológiák még nem minden körülmények között versenyképesek, de a fejlődő infrastruktúra, a szabályozási ösztönzők és a technológiai fejlesztések olyan kombinációt alkotnak, amely egyre közelebb viszi az üzemanyagcellás közösségi közlekedést ahhoz, hogy hosszú távon mind gazdaságilag, mind környezetileg megalapozott alternatívája legyen a dízelüzemű rendszereknek.

5 kép -