A probléma és a kutatási kihívás bemutatása
A megújuló villamos energia ipari hasznosítását az időszakosság, és a nagy energiasűrűségű, hosszú távú tárolás hiánya korlátozza. A projekt indulásakor nem állt rendelkezésre iparilag érett megoldás a villamos energia kémiai energiahordozóként történő tárolására.
A Megújuló Energiák Nemzeti Laboratórium (MENL) ezt a problémát elektrokémiai és katalitikus energia‑konverziós rendszerek fejlesztésével kezelte. A kutatások a megújuló eredetű villamos energia hidrogénné, illetve CO₂‑alapú szintetikus üzemanyagokká történő átalakítására irányultak, fókuszban a katalizátorok, membránanyagok, elektrokémiai hatásfok és rendszerintegráció anyagtudományi kérdéseivel.
Az eredmények igazolták a P2G (Power-to-Gas, gáztermékeket előállító elektrokémiai technológia) és P2L (Power-to-Liquid, folyadék termékek előállítását célzó katalitikus technológia) technológiák mérnöki léptékű alkalmazhatóságát - utóbbi a MOL stratégiai együttműködésével -, és megalapozták a hazai hidrogén‑ és szén-dioxid-hasznosítási (Carbon Capture and Utilisation, CCU) technológiákhoz szükséges elektrokémiai és katalitikus kompetenciákat.
A kutatási projekt célkitűzései
A Nemzeti Laboratórium célja a kislábnyomú energiatechnológiák, különösen a H2-előállítás/-szállítás/-tárolás/-felhasználás és a CO2-hasznosítás tudományos és technológiai, jogi, gazdasági és iparjogvédelmi bázisának kiépítése, ezzel érdemben hozzájárulva egy fenntartható energiagazdálkodás és vegyipar kiépítéséhez. A Szegedi Tudományegyetem (SZTE) feladatai között hangsúlyosan jelentkezik az elektrolizáló és katalitikus technológiák vizsgálata és fejlesztése.
A projekt keretében megvalósult fő kutatási és fejlesztési tevékenységek
I) Kialakításra került egy tesztállomás, a különböző hidrogén‑ és CCU‑technológiák összehasonlítására, amely lehetővé tette az egyes megoldások műszaki és energetikai értékelését azonos körülmények között. Ezen technológiák egy erre a célra kialakított, és a projekt során fejlesztett külső egyetemi telephelyen, az Energetikai Innovációs Tesztállomáson (EIT) kerültek telepítésre, szem előtt tartva ezek későbbi integrációját.
II) Megtörtént a méretnövelt hidrogénfejlesztő és szén-dioxid‑átalakító elektrolizáló rendszerek, valamint kapcsolódó katalitikus technológiák fejlesztése és laboratóriumi, illetve félüzemi validálása.
III) Vizsgálatra kerültek diszruptív hidrogén‑előállítási és ‑felhasználási eljárások, valamint új CCU‑folyamatok, beleértve a szintetikus folyékony üzemanyagok előállítását célzó megoldásokat.
IV) Elkészültek a hidrogén- és CCU‑technológiák gazdasági elemzései, amelyek alapot teremtenek a későbbi ipari és piaci hasznosításhoz.
V) A kutatások kiterjedtek a lítium‑ion akkumulátorok újrahasznosításának műszaki lehetőségeire is, támogatva az energiatárolás és a körforgásos gazdaság összekapcsolását.
Elért eredmények és technológiai érettségiszintek (TRL)
- több magas színvonalú tudományos publikáció készült
- új kutatói utánpótlás és több tudományos fokozat megszerzése valósult meg
- új hazai K+F+I projektek indultak el
- megerősödtek és bővültek a nemzetközi kutatási együttműködések
A fejlesztések az alapkutatási szintektől (TRL 1–3) egészen a demonstrációs és prototípus szintekig (TRL 5–6) jutottak el:
- az elektrokatalitikus (P2G) és termikus katalitikus (P2L) technológiai konténerek prototípusainak üzembehelyezése,
- a méretnövelt elektrolizáló cellák prototípusai TRL 6 szinten kerültek validálásra,
- a P2L reaktor demonstrátora TRL 6 szinten valósult meg.
A projekt eredményei stabil alapot biztosítanak a fejlesztett technológiák további ipari léptékű továbbfejlesztéséhez, validálásához és hasznosításához az SZTE‑hez kapcsolódó Science Park infrastruktúrájában és az ipari partnerek együttműködésében.
A projekt során a MENL kiemelt figyelmet fordított az ipari szereplőkkel és a szakpolitikai döntéshozókkal való együttműködések erősítésére. Ennek keretében elkészült a „Szén-dioxid-tárolási és -hasznosítási (CCS/CCU) lehetőségek Magyarországon” című Fehér Könyv (röviden: CCU/S Fehér Könyv), valamint kidolgozásra került Magyarország első CCU/S Stratégiatervezete (Carbon Capture, Utilisation and Storage, szén-dioxid-leválasztás, -hasznosítás és -tárolás), amely szakpolitikai egyeztetés alatt áll.
Ezen stratégiai jelentőségű dokumentumok hozzájárulnak ahhoz, hogy a kutatási eredmények gyakorlati alkalmazása is megvalósuljon, miközben iránymutatást adnak a hazai klímapolitika és az ipari fejlesztések számára. Az elért eredmények összességében elősegítik az energiaátmenet felgyorsítását Magyarországon, és támogatják a dekarbonizációs törekvések hatékonyabb megvalósítását. A MENL tevékenysége egyben megalapozza a hazai zöldenergia-ipar további fejlődését, és fontos lépést jelent a fenntartható, klímabarát gazdaság irányába.
Projekt partnerek – akadémia és ipar
- Pécsi Tudományegyetem
- Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
- Debreceni Egyetem
- Energiatudományi Kutatóközpont
- Miskolci Egyetem
- Neumann János Egyetem
- Pannon Egyetem
- Széchenyi István Egyetem
- Szegedi Tudományegyetem
- Természettudományi Kutatóközpont
A kutatás folytatási irányainak, új projekteknek és kooperációs lehetőségeinek bemutatása
Diszruptív H2-előállítási és CCU-technológiák vizsgálata és fejlesztése. Magasabb fokú integráció és különböző CO2-források nyersanyagként történő használata, illetve folyadék termékek (szintetikus nyersolaj, syncrude) minőségének hangolása megfelelő alkalmazására (pl. benzin vs. szintetikus kerozin) és syncrude finomítási technológiák integrálása.
