A megújuló energia egyre eredményesebb termelése miatt komoly kihívást jelenthet a többletenergia eltárolása, aminek egyik innovatív útja a zöldáram gázzá alakítása. A power-to-gas technológia hazai fejlesztési tapasztalatairól a – Magyar Innováció Díjat nyert startupok TOP 10 ranglistáján lévő – Power-to-Gas Hungary Kft. munkatársaival, dr. Csedő Zoltán ügyvezető igazgatóval és Zavarkó Máté üzletfejlesztési igazgatóval beszélgettünk.
Miért kell a zöldáramból zöldgázt előállítani?
Cs. Z.: A megújuló forrásból származó villamosenergia-termelés rendkívül változékony. Vannak olyan időszakok az energiapiacon, amikor jóval nagyobb a kínálat, mint a kereslet, ezért a többletként keletkező villamos energiát érdemes valamilyen módon eltárolnunk. Ellenkező esetben nemcsak „elveszítjük” például a napelemparkok által megtermelt energiát, de a kiegyensúlyozatlanság meg is terheli a villamosenergia-hálózatot, ami megnövekedett üzemeltetési, karbantartási költségeket eredményez. Bár a rövid távú energiatárolásban az akkumulátorok igen hatékonyak, de amikor heti vagy havi szintű, esetleg szezonális energiatárolásra van szükség, hatékonyabb megoldás átalakítani a villamos energiát gázzá, és ezt a földgázhálózatba betáplálni. Ez azt jelentheti, hogy a nyáron megtermelt zöldenergia-többletet télre „elraktározzuk”, ami igen kedvező, mivel a földgázszükségletet Magyarországon kb. 80%-ban importból fedezzük. A magyar földgázrendszer tárolási kapacitása regionális szinten is kiemelkedő. Mint egyfajta „zöld akkumulátorban”, hosszú távon is hatékonyan, ráadásul a környezetet nem szennyezve tudjuk benne a megújuló forrásból származó villamosenergia-többletet eltárolni, elsősorban zöldmetán formájában.
Z. M.: A zöld metán termelése energiatárolási szempontból azért is fontos, mert metán a földgáz – mint keverékgáz – legfőbb alkotóeleme, így adott feltételek teljesülése mellett korlátlan mennyiségben betáplálható a földgázhálózatba, és a földgázzal teljesen azonos módon hasznosítható. A zöldmetán tehát a földgáz megújuló alternatívája. Érdemes megemlíteni a hidrogéntermelést is, ami gyakorlatilag a metántermelés megelőző lépése a power-to-gas folyamatban. Az elektrolizátorok alkalmazása hidrogéntermelés céljából azért is fontos, mert ebben a lépésben történik meg a villamosenergia-többlet felvétele a vízbontáshoz. Azaz a zöldgáz előállításának egyfajta rugalmassági, hálózat-kiegyensúlyozó funkciója is van.
Tehát zöldgáz lehet a hidrogén és a metán is?
Cs. Z.: Akkor igen, ha megújuló forrásból származnak, például ha egy napelempark energiatermelését hasznosítjuk. Ezenkívül zöldgáznak szokták hívni a biogázt is, amelynek összetétele változó, de körülbelül 40–50%-a szén-dioxid, 50–60%-a pedig metán. A biogázból biometánt is létrehozhatunk, ennek két módja is van. Egyrészt leválaszthatjuk a szén-dioxidot, másrészt át is alakíthatjuk metánná, és így egy kb. 98%-os metántartalmú termékgázt kapunk. Mi 2016 óta – azaz a Power-to-Gas Hungary Kft. alapítása óta – elsődlegesen a metanizációs technológia fejlesztésével foglalkozunk.
Hogyan lehetséges a szén-dioxid átalakítása metánná?
Z. M.: A folyamat kulcsa a hidrogén és a szén-dioxid reakciójának katalizálása. Ennek két ipari méretben alkalmazható megoldása van. Az egyik a kémiai, más néven termokatalitikus metanizáció, amikor magas hőmérsékleten, magas nyomáson valamilyen kémiai, általában nikkel vagy ruténium alapú katalizátort alkalmaznak. A másik megoldás a biológiai metanizáció, amikor egy mikroorganizmus tölti be a katalizátor szerepét. Ezek a mikroorganizmusok – megfelelő hőmérséklet, tápanyagok és reaktorstruktúra mellett, illetve hidrogén jelenlétében – gyakorlatilag a szén-dioxidból metánt képesek előállítani. Ez azért nagyon fontos, mert így a power-to-gas folyamat nemcsak energiatárolási és hálózati frekvenciaszabályozási funkcióval rendelkezik, de dekarbonizációs hatása is van, hiszen újrahasznosítjuk a szén-dioxidot.
Mindez elmélet vagy valóság napjainkban?
Cs. Z.: 100%-ban valóság. Nemzetközi viszonylatban gombamód szaporodnak a power-to-gas projektek. Mi magunk is 2018 óta üzemeltetjük a biometanizációs technológiával működő prototípusunkat Magyarországon, amelyben egy szabadalmaztatott, szelektív és igen robosztus archeatörzs katalizálja a hidrogén és a szén-dioxid reakcióját. Ezt a szabadalmaztatott mikroorganizmust eredetileg a Chicagoi Egyetemen fedezte fel Laurens Mets professzor, illetve a német Electrochaea nevű cég Dániában és Svájcban is felépített már egy-egy ipari méretű power-to-gas üzemet a szóban forgó archeatörzset használva. Ezenkívül már Németországban és Ausztriában is épült ipari méretű power-to-gas üzem, illetve számos kutatási–fejlesztési projekt valósult meg és van folyamatban nemzetközi szinten. A mi prototípusunk struktúrája és technológiája leképezi az említett, 2016-ban elkészült dániai üzemet, amely egyébként az eddigi legnagyobb biometanizációs üzem a világon. 2018 óta nemcsak demonstráljuk a technológia működőképességét Magyarországon, de számos különböző kísérletet is végrehajtottunk, teszteltük az üzemállapotokat, az átmeneteket, a biokatalizátor táplálását, így jelentős mennyiségű magyar üzemeltetési know-how-t felhalmoztunk.
Ez azt jelenti, hogy a világ élvonalába tartozó technológia itt van Magyarországon, felskálázásra készen.
Z. M.: Érdemes röviden megjegyezni, hogy mérési eredményeink a termékgáz (biometán) szén-dioxid tartalma 0,1% alatti. Abban is különleges a technológia, hogy a mikroorganizmusok „alvó” állapotból pár másodperc után újra metánt tudnak termelni, tehát a metántermelés rugalmasságát szinte a hidrogéntermelés szintjére lehet emelni. Ez azért kedvező, mert a hidrogén tartós tárolása problémás, jelenleg a földgázhálózatba is csak korlátozott mennyiségben táplálható be.
Sokat hallani mostanában a hidrogéngazdaságról. Ez a technológia hol kapna helyet egy hidrogén alapú rendszerben?
Cs. Z.: Valóban, a „hydrogen economy” fontos és aktuális téma, mi is foglalkozunk vele. A nemzetközi szakirodalom a hidrogéngazdaságot olyan jövőbeli rendszerként írja le, amelyben a hidrogénre mint első számú energiahordozóra tekintünk, ennek megfelelően nagy mennyiségben állítjuk elő, és széles körben hasznosítjuk. A power-to-gas az elektrolízis révén kulcstechnológia a hidrogén előállításában, és – ha a metántermelést is nézzük – még a hasznosításában is.
Z.M.: Ráadásul a villamos energiából történő hidrogén-előállítás (power-to-hydrogen) után nem csak a közvetlen felhasználás vagy a metántermelés (power-to-methane) következhet. Újabban azzal kezdtünk foglalkozni, hogy miképpen lehet folyékony üzemanyagot létrehozni a megújuló forrásból származó villamosenergia-többletből. Ez az ún. power-to-liquid folyamat, amelynek eredményeképpen valamilyen szénhidrogén alapú üzemanyagot kapunk. Látni kell, hogy az említettek valójában kiegészítő technológiák, amelyek első lépése a hidrogén termelése. Ha a metántermelés irányába haladunk tovább, akkor az elsődleges felhasználási terület a fűtés és az ipari hasznosítás lehet. Ha pedig power-to-liquid folyamat zajlik – amely akár a hidrogén, akár a metán cseppfolyósítását is jelentheti –, akkor a közlekedés kizöldítésében léphetünk előrébb.
Mennyiben adottak a feltételek ahhoz, hogy Magyarországon ezek a folyamatok elinduljanak?
Cs. Z.: Egyrészről a Nemzeti Energiastratégia 2030-at érdemes megemlítenünk, amely célként tűzte ki a fotovoltaikus kapacitások jelentős növelését, ami szükségessé teszi, hogy foglalkozzunk a power-to-gas technológiával. Az energiastratégia a power-to-gas technológiát a szezonális energiatárolás eszközeként említi akár a hidrogén, akár a metán betáplálásához a földgázhálózatba. Másrészről a tervek mellett fontosak a konkrét power-to-gas-specifikus adottságok is Magyarországon, amelyeket több éve műszaki és gazdasági szempontból is kutatunk. Az eredményeink alapján a power-to-gas technológia alkalmazása kifejezetten ígéretes Magyarországon. Ez nem csak a földgázrendszer kapacitása és a napelemes termelés növekedése miatt van így, hanem azért is, mert például a nagyobb szennyvíztisztító telepeknél lévő biogázüzemek vagy a mezőgazdasági biogázüzemek a metántermeléshez elég szén-dioxidot tudnak biztosítani. Általában az infrastrukturális csatlakozás is adott a zöldmetán földgázhálózatba való betáplálásához.
Balról jobbra: dr. Sinóros-Szabó Botond műszaki igazgató, dr. Laurens J. Mets professzor, a power-to-gas technológia szabadalmaztatója, dr. Csedő Zoltán ügyvezető igazgató, Zavarkó Máté üzletfejlesztési igazgató.
Ha jól tudom, ezekben a témákban nemrégiben tudományos cikkeket is publikáltak magasan jegyzett nemzetközi szakfolyóiratokban. Mi a jelentősége ezeknek a tudományos kutatásoknak az innováció szempontjából?
Z. M.: A kérdés megválaszolásához eggyel hátrébb kell lépnünk. A power-to-gas technológiát diszruptív innovációnak tekinthetjük. Ez nemcsak azt jelenti, hogy egy igazán új megoldásról van szó, ami eddig nem ismert lehetőségeket teremt például azzal, hogy összekapcsolja a villamosenergia-hálózatot a földgázhálózattal. A technológiában rejlő potenciál kiaknázásához alapjaiban kell átgondolnia az energiaszektornak – ideértve a technológiafejlesztőket, a nagy energetikai vállalatokat és a szabályozói oldalt is –, hogy az értékláncok átalakulása milyen változásokat generál vagy tesz szükségessé. Másként fogalmazva: egy ennyire új technológia kapcsán operatív biológiai és műszaki, illetve rendszerszintű szabályozási és gazdasági kérdésekre is választ kell találni, ami megbízhatóan csak tudományos igényű kutatásokkal lehetséges.
Cs. Z.: Egy másik fontos szempont, hogy a tudományos kutatás gyakorlatilag a diszruptív innováció fokmérője. Azt mondhatjuk, hogy a nemzetközi tudományos közösség nagyon kíváncsi a power-to-gas technológiával kapcsolatos eredményekre. Azokra is, amelyeket itt, magyarországi környezetben szereztünk. Az elmúlt évben háromszor is publikáltunk olyan lapokban, amelyek a nemzetközi tudományos energetikai folyóiratok elismertségi listájában a legmagasabb kvartilisba tartoznak. A folyóiratok egyike a legmagasabbra értékelt 10%-ba tartozik a saját szakterületén. Büszkeséggel tölt el minket, hogy ezzel a Power-to-Gas Hungary Kft. nemcsak ipari szempontból egyedülálló startup Közép-Kelet-Európában, és nemcsak a szakmai befektetők érdeklődését keltette fel, de kutatási tevékenységünket nemzetközi szinten is elismerték. Végeredményben ez az ipari partnereink számára a hitelesség és a szakértelem garanciája.
Mi a kulcsa az ipari fejlesztés és a tudományos kutatás párhuzamos sikerének?
Z. M.: A Power-to-Gas Hungary Kft. minden vezetője egyben tudományos kutató is, ráadásul a csapat tapasztalat szempontjából elég heterogén: a gazdasági, a K+F+I, a biológiai és a mérnöki terület is képviselve van. Ebből fakadóan tudományos szempontból is hibrid szemlélettel tudunk közelíteni a power-to-gas témájához. Nem nagyon volt eddig példa arra, hogy egy kutatócsoport például a rendszerszintű vagy a nagyon operatív műszaki–gazdasági kérdések mellett figyelembe vegye, hogy a power-to-gas technológiája kapcsán valójában az innovációmenedzsment vagy a változásvezetés kihívásáról is szó van.
Cs. Z.: Ezzel kapcsolatban mélyen hiszünk abban, hogy a power-to-gas technológia ipari méretű felskálázásához egy innovációs ökoszisztémára van szükség, amelyben az innovatív startupokon kívül megjelennek a szabályozói oldal képviselői, az energetikai nagyvállalatok és az egyetemi kutatóközpontok is.
Miért fontos ez az innovációs ökoszisztéma a technológia fejlesztéséhez?
Z.M.: Lehetnek olyan innovációs célok, amikor egy adott szereplő nem rendelkezik az innovációhoz szükséges összes erőforrással. Ilyen esetben más szervezetekkel kell együttműködnie, kombinálni szükséges a komplementer erőforrásaikat. Egy másik gyakori ok az, amikor egy nagyvállalat küzd az ún. kettős képesség kialakításával, menedzselésével. Ezt azt jelenti, hogy a hatékony működés az aktuális üzleti területen nagyon erős hierarchiát és szabályozottságot igényel, ezek a rendszerek viszont a komoly újítást jelentő, jövőbe tekintő innovatív ötleteket nem hagyják kibontakozni. Mindkét probléma a nyitott innováció paradigmájához vezet minket, amelyben az innováció érdekében különböző szereplők együttműködnek.
Cs. Z.: Ezeket az összefüggéseket megtapasztaltuk az energetikai szektor egészében és a power-to-gas technológiával kapcsolatban is. A Power-to-Gas Hungary Kft.-nek van egy innovatív alaptechnológiája, azonban kapcsolódnia kell nagy energetikai vállalatokhoz, hogy valós infrastrukturális környezetben hasznosuljon a megoldás. A másik oldalról nézve egy energetikai nagyvállalat szakmai befektetőként innovatív technológiai know-how-ra tehet szert. Az energetikai vállalatoknak szorosan együtt kell működniük az államigazgatási intézményekkel is, hogy a szabályozás lehetővé tegye a power-to-gas általi értékteremtést, hiszen olyan alapvető kérdéseket is meg kell válaszolni, hogy a power-to-gas üzem működtetése energiatárolást, földgázkiváltást, vagy biometán formájában magas hozzáadott értékű új termék előállítását jelent. Az is fontos, hogy a felmerülő kutatási–fejlesztési kérdéseket a mérnöki, a biológiai és a gazdasági fókuszú egyetemi kutatóközpontok és tudományos egyesületek segítsenek megválaszolni. Közös erőfeszítésre van szükség ahhoz is, hogy a power-to-gas-t összekapcsoljuk más új megoldásokkal, például a szén-dioxidot levegőből vagy füstgázból kinyerő „carbon capture” technológiákkal. Ezért mi nagyon hiszünk a tudásmegosztásban. Amellett, hogy több ezer oldalnyi üzemeltetési know-how-t dokumentáltunk, létrehoztunk egy nyitott innovációs, ún. „open innovation” platformot a power-to-gas technológia fejlesztésének a támogatására. Ezenkívül 2020-ban már második alkalommal szervezetük meg a Magyar Power-to-Gas Konferenciát, tagjai vagyunk a Nemzeti Hidrogén Platformnak, segítettük az Energetikai Innovációs Tanács munkáját, energiatárolási konferenciákon tartunk előadásokat és részt veszünk különböző szakmai fórumokon.
Melyek a technológiafejlesztés következő lépései ebben az innovációs ökoszisztémában?
Cs. Z.: Nemcsak a tudományos és a szakmai közösségek, de a szakmai befektetők is komolyan érdeklődnek a power-to-gas iránt, ezért egyszerre több területen is együtt dolgozunk a partnereinkkel. Folyamatban van például több ipari méretű és félüzemi power-to-gas üzem tervezése is. Ezzel párhuzamosan támogatjuk a szabályozói oldalt, hogy egy olyan szabályozói tesztkörnyezet, ún. „regulatory sandbox” jöjjön létre, amelyben a power-to-gas megoldásokat félüzemi méretben és éles környezetben tesztelhetjük. Abban bízunk, hogy ezzel minden érintett fél megfelelő tudást szerezhet Magyarországon is a power-to-gas technológiáról, amely elengedhetetlen e diszruptív innováció ipari környezetben való elterjedéséhez és ezzel a technológiában rejlő fenntarthatósági potenciál kiaknázásához.
