Svájci kormányzati vizsgálat: a hidrogén nem valódi alternatíva a buszközlekedésben

Az elmúlt években a közösségi közlekedés dekarbonizációja Európa-szerte az egyik legfontosabb szakpolitikai és üzemeltetési kérdéssé vált. A városi környezetben az akkumulátoros elektromos autóbuszok mára bevett és széles körben alkalmazott megoldásnak számítanak, ugyanakkor hosszú ideig tartotta magát az a feltételezés, hogy bizonyos, különösen igényes viszonylatokon – hosszú napi futásteljesítmény, nagy szintkülönbségek, vagy nagy tömegű járművek esetén – az elektromos hajtás már nem feltétlenül jelent optimális megoldást. Ezekben az esetekben gyakran merült fel alternatívaként a hidrogén alkalmazása, akár üzemanyagcellás hajtással, akár hagyományos belső égésű motorral kombinálva.

Svájcban – a trolibuszokat leszámítva – egészen a közelmúltig a közösségi közlekedési vállalatok autóbuszflottáját szinte teljes egészében dízel- vagy hibridhajtású járművek alkották. Az átállás a fosszilismentes buszüzemre azonban már megkezdődött; több viszonylaton, elsősorban városi környezetben, már ma is akkumulátoros elektromos buszok közlekednek. A városhatáron túli, hosszabb vonalakon vagy meredek emelkedőkkel tarkított szakaszokon ugyanakkor az e-buszok alkalmazása továbbra is kihívásokkal jár, ami indokolttá tette annak vizsgálatát, hogy a hidrogénalapú megoldások valóban életképesebb alternatívát jelentenek-e ezeken a terepeken.

Ezt a kérdést vizsgálta meg részletesen az a tanulmány, amelyet a svájci Szövetségi Közlekedési Hivatal (Bundesamt für Verkehr, BAV) megbízásából készített el az INFRAS AG. A kutatás célja az volt, hogy valós, üzemeltetési szempontból nehéznek számító forgatókönyvek alapján tisztázza, vajon a hidrogén-üzemanyagcellás vagy a hidrogénnel működő belső égésű buszok gazdasági és környezeti szempontból előnyt jelentenek-e az akkumulátoros elektromos buszokkal szemben. A vizsgálat nem elméleti síkon zajlott, a kutatók a 2030 körül várható technológiai szintből indultak ki, és egy 12 éves üzemeltetési időszakra vetítve elemezték az egyes hajtásrendszerek teljes életciklusát.

A tanulmány módszertani hátterét az INFRAS – Európa egyik legerősebb közlekedési és energiaipari életciklus-elemzési (LCA) műhelye – biztosította, a számításokat pedig független, kritikailag felülvizsgált LCA-eljárás keretében értékelték. Az alkalmazott módszertan teljes mértékben megfelel az ISO 14040/44 szabványoknak, a felhasznált adatok az UVEK 2024-es adatbázisából származnak, nem pedig gyártói becslésekből. Ennek megfelelően a tanulmány következtetései nem marketing- vagy technológianépszerűsítési célokat szolgálnak, hanem kifejezetten közbeszerzési és közlekedésszervezési döntések megalapozására készültek.

A tanulmányban ezért külön figyelmet kapott a hidrogénnel működő belső égésű motorral szerelt autóbuszok vizsgálata is, annak ellenére, hogy ezek a járművek jelenleg még csak elenyésző számban jelennek meg a közösségi közlekedésben. Ennek oka nem a technológia aktuális elterjedtsége, hanem az a szabályozási és iparági környezet, amely a következő években reálisan teret adhatna a megjelenésüknek. A hidrogénes belső égésű motorok a jogszabályi besorolás alapján fosszilismentes, illetve nulla emissziós hajtásként jelenhetnek meg a támogatási és közbeszerzési rendszerekben, hasonlóan az akkumulátoros és az üzemanyagcellás megoldásokhoz. Fontos ugyanakkor, hogy ez elsősorban szabályozási kategória, a hidrogén elégetése nem jár szén-dioxid-kibocsátással, de maga az égési folyamat nem „emissziómentes”. A magas égési hőmérséklet miatt nitrogén-oxidok (NOx) keletkezhetnek, az utókezeléshez kötődően pedig dinitrogén-oxid (N₂O) is megjelenhet, miközben a hidrogén „szlip” klímahatása sem zárható ki teljesen. A svájci közlekedéspolitika számára ezért nem volt megkerülhető annak vizsgálata, hogy egy ilyen, papíron „zöldnek” minősülő technológia valóban indokolható-e közpénzből finanszírozott közösségi közlekedési alkalmazásokban.

A tanulmány készítésekor emellett már érzékelhető volt az a gyártói és beszállítói érdeklődés is, amely a hidrogénes belső égésű motorokat átmeneti megoldásként pozicionálta. Ezek az érvek elsősorban arra épülnek, hogy a technológia a hagyományos motorplatformok továbbfejlesztésével viszonylag gyorsan piacra vihető, a meglévő gyártási és karbantartási struktúrák nagy része változatlanul használható, miközben a járművek formálisan megfelelhetnek a fosszilismentes üzemre vonatkozó előírásoknak. A tanulmány ezért tudatosan nem hagyta figyelmen kívül ezt az irányt, hanem kifejezetten azt vizsgálta, hogy a hidrogénes belső égésű buszok a gyakran hangoztatott előnyök – nagy hatótáv, gyors tankolás, nehéz vonalak kezelhetősége – mellett képesek-e valós környezeti és gazdasági előnyt felmutatni az alternatív technológiákkal szemben.

A hidrogénes belső égésű buszok bevonása így elsősorban megelőző jellegű döntésnek tekinthető; a BAV célja az volt, hogy még a szélesebb körű gyakorlati alkalmazás előtt, objektív adatokkal és életciklus-szintű elemzéssel tisztázza a technológia helyét – vagy éppen korlátait – a közösségi közlekedés dekarbonizációjában. Ennek eredményeként a tanulmány nemcsak a jelenlegi állapotot írja le, hanem egyértelmű iránymutatást ad arra is, hogy a hidrogénes belső égésű motorok miért nem tekinthetők hosszú távon életképes alternatívának a fosszilismentes autóbusz-közlekedésben, még akkor sem, ha jogi vagy iparági szinten időről időre felmerül a bevezetésük lehetősége.

Az elemzés során nemcsak magukat a járműveket hasonlították össze, hanem figyelembe vették a szükséges infrastruktúrát is, különösen a töltőberendezések és a hidrogéntöltő állomások létesítésének és üzemeltetésének hatásait, valamint a jármű- és akkumulátorgyártáshoz kapcsolódó környezeti terheléseket. Az elemzés célja kifejezetten az volt, hogy a közlekedési vállalatok számára megalapozott döntési alapot nyújtson a fosszilismentes hajtásrendszerek kiválasztásához, különösen azokban az esetekben, ahol az akkumulátoros elektromos buszok alkalmazása első ránézésre nem tűnik egyértelműnek.

A tanulmány különösen nagy hangsúlyt fektetett arra, hogy ne idealizált, „könnyen villamosítható” városi környezetből induljon ki. Elemzés tárgyát képezték városi és agglomerációs vonalak csúcsidőszaki sűrítéssel, integrált ütemű menetrenddel közlekedő csuklós buszok, regionális viszonylatok síkvidéki és hegyvidéki környezetben, valamint a nagy terhelésű, kiszámíthatatlan igénybevétellel járó vasúti pótlóbuszos üzemek is. Ezek azok az alkalmazási területek, amelyek esetében gyakran elhangzik, hogy az akkumulátoros elektromos buszok hatótávja, tömege vagy töltési igénye korlátozó tényező lehet.

A kutatás során három fosszilismentes hajtástechnológiát hasonlítottak össze egymással: az akkumulátoros elektromos buszokat, a hidrogén-üzemanyagcellás buszokat és a hidrogénnel működő belső égésű motorral szerelt járműveket. Referenciaként korszerű dízel-hibrid buszokat használtak. Az összevetés nemcsak a járművek üzemeltetésére terjedt ki, hanem a teljes életciklust vizsgálta, beleértve a jármű- és akkumulátorgyártást, az energiahordozók előállítását, valamint a szükséges infrastruktúra – töltőberendezések és hidrogéntöltő állomások – környezeti és gazdasági hatásait is.

Az eredmények egyik legfontosabb tanulsága az energiahatékonysághoz kapcsolódik. A tanulmány rámutat arra, hogy a különbségek nem elsősorban a járművek fedélzetén dőlnek el, hanem az energia teljes átalakítási láncában. Az akkumulátoros elektromos buszok közvetlenül villamos energiát használnak fel, míg a hidrogénalapú megoldások esetében az elektromos energiát előbb hidrogénné kell alakítani, azt sűríteni, tárolni és szállítani kell, majd az üzemanyagcellában vagy egy belső égésű motorban ismét energiává alakítani. Minden egyes lépés jelentős veszteségekkel jár, amelyek összességében alapvetően rontják a rendszer hatásfokát.

Ennek megfelelően a vizsgálat egyértelműen azt mutatja, hogy az akkumulátoros elektromos buszok primerenergia-igénye minden vizsgált üzemeltetési profilban a legalacsonyabb. Az üzemanyagcellás buszok ehhez képest érezhetően több energiát igényelnek, míg a hidrogénnel működő belső égésű buszok messze a legkedvezőtlenebb értékeket produkálják. A különbség nem finomhangolási vagy üzemeltetési kérdés, hanem a technológia természetéből fakad, és még kifejezetten optimista feltételezések mellett sem tüntethető el. A számok alapján egy hidrogénes belső égésű autóbusz két és félszer–háromszor több primer energiát igényel, mint egy korszerű dízelhibrid, és négyszer–hatszor többet, mint egy akkumulátoros elektromos busz. Az üzemanyagcellás buszok e kettő között helyezkednek el: primerenergia-igényük lényegesen alacsonyabb a hidrogénes belső égésű járműveknél, ugyanakkor tartósan magasabb az akkumulátoros buszokénál, jellemzően nagyjából kétszeres nagyságrendet képviselve. Ez nem gyártói hiányosság vagy rossz üzemeltetés következménye, hanem fizikai törvényszerűség. A villamos energiából előállított hidrogén előbb elektrolízisen megy keresztül, majd sűríteni és szállítani kell, végül pedig vagy egy belső égésű motorban hővé alakul, vagy egy üzemanyagcellában ismét villamos energiává – miközben minden egyes átalakítási lépcsőn jelentős veszteségek keletkeznek. Az akkumulátoros elektromos busz ezzel szemben közvetlenül használja fel az elektromos energiát, elkerülve a többszörös átalakításból fakadó veszteségeket, ami tartós és rendszerszintű hatékonysági előnyt jelent a hidrogénalapú megoldásokkal szemben.

A környezeti hatások vizsgálata számszerűen is ugyanazt a képet rajzolja ki, mint az energiafelhasználás elemzése. Az életciklus-elemzések alapján az akkumulátoros elektromos buszok minden vizsgált üzemeltetési profilban a legkedvezőbb környezeti mérleggel rendelkeznek, mind az üvegházhatású gázok kibocsátása, mind az összesített környezeti terhelés tekintetében. A tanulmány eredményei szerint az akkumulátoros buszok teljes életciklusra vetített üvegházhatásúgáz-kibocsátása a korszerű dízel-hibrid buszokhoz viszonyítva jellemzően mindössze 17–22% között alakul, miközben a primerenergia-igényük 52–66% közötti tartományban marad. Ez akkor is igaz, ha egyes hosszabb vagy különösen intenzív viszonylatokon a napi szolgálat során járműcserére van szükség, mert egyetlen töltéssel nem teljesíthető a teljes napi futás. A tanulmány külön kiemeli, hogy az akkumulátoros hajtás környezeti mérlege tovább javítható, amennyiben a kivont akkumulátorokat második életciklusban – például álló energiatárolóként – hasznosítják, mivel ez csökkenti az akkumulátorgyártáshoz kapcsolódó fajlagos környezeti terhelést.

Az üzemanyagcellás buszok klímamérlege viszonylag közel áll az akkumulátoros buszokéhoz, de már mérhetően kedvezőtlenebb. A vizsgált profilokban az üvegházhatású gázok kibocsátása jellemzően a dízel-hibrid referencia 22–28%-a között alakul, miközben a primerenergia-igény 108–168%-ra nő. Ez azt jelenti, hogy az üzemanyagcellás buszok ugyan lényegesen alacsonyabb közvetlen kibocsátással üzemelnek, mint a hagyományos hajtású járművek, de a hidrogén előállításához, sűrítéséhez és az infrastruktúra fenntartásához kapcsolódó energiaigény és környezeti terhelés összességében rontja a mérlegüket. Ennek következtében az összesített környezeti terhelést kifejező mutatók – az úgynevezett környezeti terhelési pontok – is tartósan magasabbak, mint az akkumulátoros buszok esetében.

A hidrogénnel működő belső égésű buszok ezzel szemben minden vizsgált környezeti mutatóban egyértelműen a leggyengébben szerepelnek. A tanulmány adatai szerint ezeknél a járműveknél az üvegházhatású gázok kibocsátása ugyan formálisan alacsonyabb a dízel-hibrid buszokénál, jellemzően 40–47% között alakul, a primerenergia-igény azonban rendkívül magas: a vizsgált profiloktól függően 249–323%-ot is elérhet. Az összesített környezeti terhelési pontok szintén kedvezőtlenek, több esetben megközelítik vagy akár meghaladják a dízel-hibrid referenciaértéket. A tanulmány hangsúlyozza, hogy ez a kedvezőtlen eredmény még akkor is fennmarad, ha a hidrogént kifejezetten optimista feltételezések mellett, megújuló villamos energiából – például vízerőművi elektrolízissel – állítják elő, mivel a belső égésű technológia alacsony hatásfoka és a többlépcsős energialánc veszteségei rendszerszinten nem küszöbölhetők ki.

A gazdasági elemzés – amely a teljes életciklus költségeit (Total Cost of Ownership, TCO) vizsgálta – szintén egyértelmű sorrendet rajzol ki az egyes hajtástechnológiák között. A tanulmány nem pusztán a járművek beszerzési árát vette figyelembe, hanem a teljes, 12 éves üzemeltetési időszakra vetített költségeket elemezte, beleértve az energiafelhasználást, a karbantartást, az infrastruktúra kiépítését és fenntartását, valamint az indirekt költségeket is. Az INFRAS számításai a nettó jelenérték módszerére épülnek, és valós, vonalszintű teljes költségekkel számolnak, nem pedig elméleti fajlagos értékekkel.

A hidrogénes belső égésű buszok esetében a tanulmány kifejezetten optimista feltételezésekkel élt az energiahordozó árát illetően. A számítások alapjául az szolgált, hogy 2030-ra a „zöld” hidrogén előállítási és szállítási költsége elérheti a 10 CHF/kg szintet, ami a mai európai piaci viszonyokhoz képest kifejezetten kedvező forgatókönyvnek tekinthető. Ennek ellenére a hidrogénes belső égésű buszok minden vizsgált üzemeltetési profilban a legmagasabb teljes költségszintet mutatták. A fő költségtényezőt nem a jármű beszerzése, hanem az alacsony hatásfokból fakadó rendkívül magas hidrogénfogyasztás és az ehhez kapcsolódó üzemanyagköltség jelenti. A tanulmány adatai szerint ezek a járművek még ilyen kedvező hidrogénár mellett is jellemzően 25–35%-kal magasabb TCO-val üzemeltethetők, mint a dízel-hibrid referencia, és jelentősen drágábbak az összes többi fosszilismentes alternatívánál.

Az üzemanyagcellás buszok költségszintje a hidrogénes belső égésű buszok és az akkumulátoros elektromos buszok között helyezkedik el. Bár ezek a járművek hatékonyabban használják fel a hidrogént, mint a belső égésű változatok, a magas járműbeszerzési ár, a komplex hajtásrendszer, valamint a hidrogén-infrastruktúra beruházási és üzemeltetési költségei összességében továbbra is magas TCO-t eredményeznek. A tanulmány szerint az üzemanyagcellás buszok teljes életciklus-költsége jellemzően 20–24%-kal haladja meg a dízel-hibrid referenciaértéket, és minden vizsgált alkalmazásban drágább marad az akkumulátoros elektromos buszoknál.

Az akkumulátoros elektromos buszok ezzel szemben minden vizsgált üzemeltetési profilban a legkedvezőbb teljes költségszintet mutatták. Noha ezeknél a járműveknél a beszerzési ár és a töltőinfrastruktúra kiépítése jelentős kezdeti beruházást igényel, ezt hosszú távon bőven ellensúlyozza az alacsony energiafelhasználás, a kedvező villamosenergia-költség, valamint az egyszerűbb hajtásláncból adódó alacsonyabb karbantartási igény. A tanulmány számításai szerint az akkumulátoros buszok teljes életciklusra vetített költsége a korszerű dízel-hibrid referenciaértékhez viszonyítva jellemzően mindössze 6–14%-kal magasabb, ami a fosszilismentes hajtások között a legalacsonyabb többletet jelenti. A dokumentum érzékenységvizsgálatai azt is kimutatják, hogy az akkumulátoros buszok még pesszimista akkumulátortechnológiai feltételezések mellett is megőrzik költségelőnyüket a hidrogénalapú megoldásokkal szemben.

A tanulmány végkövetkeztetése ezért szokatlanul egyértelmű. A vizsgált menetrend szerinti autóbuszos alkalmazások egyikében sem sikerült olyan forgatókönyvet azonosítani, ahol a hidrogénnel működő belső égésű busz ökológiai és gazdasági szempontból is indokolható lenne. Ezek a járművek legfeljebb speciális, kísérleti vagy átmeneti alkalmazásokban képzelhetők el. Az üzemanyagcellás buszok bizonyos esetekben kiegészítő megoldást jelenthetnek ott, ahol az akkumulátoros technológia üzemeltetési okokból nehezen alkalmazható, ugyanakkor a tanulmány egyértelművé teszi: ahol az akkumulátoros elektromos busz bevethető, ott továbbra is ez jelenti a legkedvezőbb fosszilismentes megoldást – még a kifejezetten igényes, nagy terhelésű viszonylatokon is.

7 kép -