Nem füstbe ment terv! – Így lehet környezetbarát a belső égésű motor

Környezetszennyezés, károsanyag-kibocsátás, szmog, éghajlatváltozás és mindezek egyik reménytelenül gonosz szereplőként beállított okozója, a belső égésű motor. Vajon valóban reménytelen az évtizedek óta velünk élő technológia? Dr. Hancsók Jenő professzor úrral beszélgettünk a téma legfontosabb aspektusairól, a motorhajtóanyagok jelenéről és jövőjéről, valamint a Pannon Egyetemen a motorhajtóanyagok kapcsán GINOP támogatásból megvalósult kutatási és fejlesztési tevékenységekről, eredményekről.

Ön többek között motorhajtóanyagok fejlesztésével foglalkozik. Mit értünk pontosan motorhajtóanyag alatt? Miért nem nevezhetjük egyszerűen csak üzemanyagnak, esetleg tüzelőanyagnak?

Először is hadd köszönjem meg a megkeresést és az interjúlehetőséget, hiszen kiemelkedően fontos témáról van szó. A fenntarthatóság fontos része a mobilitás, ideértve a közlekedést és a szállítmányozást is. Ahhoz, hogy a mobilitás megvalósuljon, különféle tárgyi eszközökre van szükség, amelyeket meghajtásláncokon keresztül működtetünk. Ennek kiemelt egysége a szakaszos, valamint folyamatos működésű belső égésű motor, illetve az egyre inkább elterjedő elektromotor.
Az üzemanyag a motorhajtóanyagénál tágabb fogalom, hiszen abba beleértjük a kenőanyagokat, a hűtőközeget és akár az égéshez szükséges oxigént (levegőt) is, tüzelőanyag alatt pedig általában tüzelőberendezésekben alkalmazott energetikai termékeket értünk. A motorhajtóanyag konkrét, szűkebb értelemben vett fogalom. A motorhajtóanyag egy olyan energiaforrás, ami az adott motor működési körülményei között energiaátadásra alkalmas. Úgy is fogalmazhatunk, hogy az üzemanyag valójában minden olyan anyagot magába foglal, ami a belső égésű motor működéséhez elengedhetetlenül szükséges. Ezzel szemben a motorhajtóanyag alatt csupán azt az anyagot értjük, amelyből a motor meghajtásához szükséges energia származik.

Gyakran lehet hallani, hogy az elektromos energiával hajtott járműveké a jövő, néhány ország esetében pedig a belső égésű motorral szerelt személygépjárművek betiltásáról is hallhattunk már. Ön mit gondol erről? Érdemes egy látszólag letűnőben lévő technológiát kutatni és fejleszteni?

A személygépjárművek esetében valóban vannak ilyen tervek, de ezek elsősorban az új személygépjárművek értékesítésére vonatkoznak. Számos országban és Magyarországon is magas a gépjármű-állomány átlagos életkora, a lakosság pedig gazdasági okok miatt nem képes nagy tempóban újra cserélni a járműveket, átállási időszakra van szükség. Az átállás eltarthat akár 20-30 évig is. Ez időszak alatt is törekedni kell a károsanyag-kibocsátás csökkentésére, hiszen a személygépjárművek az összes felhasznált motorhajtóanyag kb. 30%-át fogyasztják el. Nincs elegendő idő a járművek elhúzódó és költséges cseréjéhez, valamint az új hajtásrendszerekre való áttéréshez. A teljes járműflottát be kell vonni a CO₂-kibocsátás azonnali csökkentésébe. Figyelembe kell venni, hogy a 95%-nál nagyobb cseppfolyós hajtóanyagigény miatt az alternatív hajtóanyagoknak lehetőleg folyékonyaknak kell lenniük. Ezek közül főleg a bio- és a megújuló elektromos áram segítségével előállított hidrogénből és például a levegő szén-dioxidjából előállított hajtóanyagok csökkenthetik jelentősen a CO₂-kibocsátást. Rövid- és középtávon fontos szerepük lehet a nem csupán átmeneti megoldásként értelmezhető, megújuló hidrogén felhasználásával előállított, molekulaszerkezetükben nagy hidrogéntartalmú, kőolaj-eredetű hajtóanyagoknak is.
A személygépjárművektől elszakadva egyértelműen látszik, hogy a rendkívüli jelentőségű közúti, vasúti, légi és tengeri áruszállítás a személygépjárművekhez képest jóval nagyobb mennyiségű motorhajtóanyagot igényel. Ez az igény 2040-ig várhatóan jelentős mértékben, 30-35%-kal növekedni fog a 2019. évihez képest, hiszen a szállítási kapacitással kapcsolatos növekvő igények miatt egyre több és nagyobb teljesítményű, nagyobb hatékonysággal üzemelő motorra lesz szükség.
Fontos, hogy olyan anyagokat fejlesszünk, amelyek nagy energiatartalom mellett, az eddig ismert motorhajtóanyagokénál kisebb károsanyag-kibocsátást tesznek lehetővé. Az ilyen irányú kutatások nélkülözhetetlenek, azonnali cselekvésre van szükség, késlekedésre nincs idő.
Nem minden országban lehetséges az új típusú, megújuló energiák gyors bevezetése, mert nem mindenhol állnak rendelkezésre az ehhez szükséges természeti és egyéb adottságok. Példának okáért a sugárhajtóművek elsődleges motorhajtóanyagait, a szénhidrogéneket, elő lehet állítani hulladékokból, zsírokból, olajokból és elhullott állatok tetemeiből is, azonban ezekből nem áll rendelkezésre a kereslet kiszolgáláshoz elegendő mennyiség. Az ilyen módon előállított motorhajtóanyag károsanyag-kibocsátása egyébként jelentősen alacsonyabb, mint a ma széles körben alkalmazott motorhajtóanyagoké.

Valóban meg vannak számlálva a belsőégésű motorok napjai? Mi a helyzet a jelenleg gyártásban lévő, legkorszerűbb technológiákat alkalmazó járművekkel, mennyire szennyeznek azok?

A legnagyobb gond az, hogy a kevésbé fejlett országokban régi gépjárművek vannak forgalomban, amelyek nem eléggé korszerűek, és így nagy a károsanyag-kibocsátásuk. Egy mai, modern Diesel-motorral szerelt személygépjármű károsanyag-kibocsátása nagyon alacsony, a teljes életciklusra vonatkozóan akár kisebb is lehet, mint azé az azonos kategóriájú elektromos járműé, amely szénerőműben termelt elektromos áramot használ.

Napjainkban a környezetszennyezés kapcsán gyakran előkerül a közlekedés (elsősorban a közúti közlekedés), sok esetben ezzel azonosítják a problémák nagy részét. Véleménye szerint valóban indokolt ilyen mértékben a közlekedésre fókuszálni akkor, amikor globális szempontból tekintjük a károsanyag-kibocsátást és a környezetkárosítást?

A károsanyag-kibocsátás csökkentését globális szinten, rendszerszemléletben kell megvalósítani. Nem szabad elfelejtenünk, hogy akkor, amikor károsanyag-kibocsátásról beszélünk, olyan szennyeződésekről van szó, amelyek egyaránt veszélyeztetik a növény- és állatvilág fenntartását, illetve az emberi létet is.
A közlekedést és a szállítmányozást együttesen kell kezelni, de nem csupán a közútit, hanem a légit és a vízit is. A jelenlegi ismereteink alapján a vízi szállítás károsanyag-kibocsátása a legkisebb, ez a fajta szállítmányozás azonban jelentősen lassabb, mint az egyébként leginkább szennyező légi, így nem lehetséges kizárólagosan alkalmazni.
Nem helyes azonban pusztán a közlekedésre és a szállítmányozásra koncentrálni. Az összes üvegházhatású gázkibocsátás emberi tevékenységhez köthető részéből az energiaszektorra nagyjából 65% jut, amelynek a közlekedés és szállítás még a negyed részét sem teszi ki.

Miben különlegesek azok a motorhajtóanyagok, amelyeknek a kifejlesztésén Önök dolgoznak?

A kutatómunkánk alapja az a rendszerszemléletű felismerés volt, hogy valamennyi cseppfolyós motorhajtóanyagot azonos, a legnagyobb hidrogéntartalmú szénhidrogéntípusokból építsük fel, és ezeket nagyrészt megújuló forrásokból állítsuk elő. A különböző motorok számára előállított hajtóanyagok csak a szénatomszámban és a molekulaszerkezetben térnek el, fém-, kén- és nitrogénmentesek, csökkentett aromástartalmúak, vagy aromásmentesek, így nagy energiatartalommal rendelkeznek, égésük pedig a motorokban sztöchiometrikus. Ennek következtében kevesebb és kevésbé mérgező égéstermék keletkezik.
A projekt célkitűzése alapvetően új termékcsaládok és eljárások kifejlesztése volt. Igyekeztünk a tudományterület legújabb eredményeit felhasználni a versenyképesség növelésére. Arra törekedtünk, hogy olyan hajtóanyagokat fejlesszünk ki rövid- és középtávra (az átmeneti időszakra), amelyeknek felhasználásával a teljes életciklusra vetített károsanyag-kibocsátás kisebb, mint a jelenleg használtak esetében. Az volt a célunk, hogy ezek az új anyagok a ma széles körben elterjedt motorok módosítása nélkül is alkalmazhatók legyenek. Olyan vegyületeket állítottunk elő, amelyek hidrogéntartalma nagyobb, mint egy átlagos, kőolajból származó motorhajtóanyagé. Ezek a szénhidrogének cseppfolyósak, tisztábban égnek, és a jelenlegi logisztikai rendszerben is árusíthatók.
Olyan műszaki megoldásokat dolgoztunk ki, amelyek nem csak új üzemekben, hanem viszonylag kis költségű átalakítással a már meglévőkben is alkalmazhatók. 5-6% bioeredetű összetevőt tartalmazó, ilyen alapanyagból előállított termék felhasználásakor – a magyarországi fogyasztást alapul véve – kb. 200.000 tonna/év szén-dioxid-kibocsátás takarítható meg. Ez megközelítőleg egyenértékű egy Debrecen méretű város éves kibocsátásával.

Milyen visszhangja volt a kutatási eredményeknek a hazai és nemzetközi tudományos életben?

A bioparaffin-tartalmú dízelgázolaj kifejlesztéséhez kapcsolódó innováció környezetvédelmi innovációs díjat nyert (MOL Nyrt.). Ehhez az elismeréshez a Pannon Egyetem is egyértelműen hozzájárult. Több nemzetközi konferencián is sikerrel mutattuk be eredményeinket, több szabadalom is benyújtás és elbírálás alatt áll, továbbá az általunk publikált tudományos cikkek nagyszámú hivatkozást kaptak magas impakt faktorú hazai és nemzetközi tudományos folyóiratokban.
A motorhajtóanyag tömegtermék, nem lehet egyik napról a másikra teljesen új összetételre áttérni és gyökeresen megváltoztatni mindent. A különböző motor- és hajtóanyag fejlesztésekhez, ideértve az új termékek vizsgálatait, laboratóriumi és országúti körülmények között is évek szükségesek. Ezekkel lehet bizonyítani a meglévő motorokban való felhasználhatóságot, a jelenleg alkalmazott motorhajtóanyag komponensekkel való keverhetőséget, a szerkezeti anyagokkal való összeférhetőséget, valamint a károsanyag-kibocsátás mértékének csökkentését. Az előzőekben említett fejlesztések fontosságát elsők között ismertük fel a világon.

Végfelhasználóként előreláthatólag mikor lesz lehetőségünk az új fejlesztésű motorhajtóanyagból vásárolni?

Az új, bioparaffin-tartalmú dízelgázolajat már több mint egy éve forgalmazza hazánkban a MOL Nyrt.
Ami a benzineket illeti, a bioetanol és annak motorbenzinekben való felhasználhatóságának fejlesztésekor is jelentős szerepet vállaltunk. Ezek már több mint másfél évtizede kereskedelmi forgalomban vannak. A jövőben a benzinek esetében szintén kell majd használni olyan szénhidrogéneket is, amelyek molekula-szerkezetükben nagy hidrogéntartalmúak és megújuló alapanyagból származnak. Ezzel kapcsolatban is folynak a kutatások és a fejlesztések. Vannak pozitív eredmények, az alkalmazásba vételnek pedig lassan elérkezik az ideje.
A projekt keretében a repülőgépek sugárhajtóművei számára alternatív komponens tartalmú hajtóanyagokat fejlesztettünk ki, például hulladék poliolefineket és/vagy természetes/hulladék növényi olajokat és zsírokat is felhasználva.

Véleménye szerint mi lehet a rövid- és hosszú távú jövő motorhajtóanyaga?

A jövő egyrészt a hidrogén, másrészt pedig az elektromos áram. Az elektromos meghajtás jelenleg a személygépjárművekre jellemző, később a többi járműkategóriában is el fog terjedni, igaz, hosszabb távon üzemanyagcellás járműkialakítás formájában. Ez utóbbi esetében elektrokémiai úton, a jármű fedélzetén állítjuk elő az elektromos áramot és azzal hajtjuk az elektromotort.

Hétköznapi felhasználóként hogyan csökkenthetjük a gépjárműveink károsanyag-kibocsátását?

Ez annyira sok hatás összetett eredője, hogy csak példákat tudok mondani. A járművek folyamatos és célirányos karbantartása rendkívül fontos, ennek kiemelt jelentősége van a régebbi gyártású gépkocsiknál. El kell kerülni az olajcsepegéseket és lényeges, hogy az autó tartalmazzon a kipufogógázok káros komponenseit átalakító katalitikus rendszert, beleértve a részecskeszűrőket is. Mindezek mellett fontos a vezetési stílus és a különféle felhasználói szokások, például az, hogy egyszerre hányan utaznak az adott gépjárműben, illetve a manapság divatos magas építésű, nagytömegű városi autók is nagyobb kibocsátást generálnak.
Nem a felhasználóhoz köthető, de lényeges megemlíteni, hogy az úthálózat minősége is döntő jelentőségű, mert károsanyag-kibocsátás szempontjából fontos, hogy a gördülési ellenállás a közúti közlekedés és szállítás esetében a lehető legkisebb legyen. A közlekedésszervezés is lényeges, a „közlekedési dugók” a különböző kutatási eredmények alapján a máshol megtakarított károsanyag-kibocsátást pillanatok alatt kiegyenlítik. Az elektromos autók esetében is fennáll ez a probléma, hiszen az elfogyasztott elektromos áramot is elő kell állítani. Nagy gondot jelent, hogy sok a régi gépjármű, különösen a személygépjármű, ezek jelentős mértékben szennyeznek. Az igazi megoldást az jelentené, ha 12 évnél idősebb járművek nem lennének forgalomban, bár sok minden függ a mindenkori állapottól és a karbantartottságtól. Ugyanakkor nagyon nehéz helyzetben vagyunk a fékrendszerek, a gumiabroncsok és az aszfaltkopásból keletkező károsanyagok mennyiségének csökkentése esetén. Már ezekre is vannak biztató kutatási eredmények, amelyeket a fejlettebb országokban részben alkalmazásba is vettek.
Egy gépjármű teljes életciklusára vonatkozó károsanyag-kibocsátása a gyártás és a jármű megsemmisítésének környezetterhelését is magába foglalja. Az igazán fenntartható az lenne, ha a jövőben megújuló forrásból állítanák elő a gépjárművek egyre több alkotóegységét is.

Fotók: Szabó László, pixabay.com