A hidrogén alkalmazásának feltételeit vizsgálja az OPUS TIGÁZ Zrt.

A hidrogén földgázhálózatba való bekeverése jelentősen hozzájárulna az uniós klímasemlegességi célokhoz, ugyanakkor a metántól eltérő tulajdonságai miatt ez jelentős műszaki és biztonsági kihívásokat rejt magában. Az OPUS TIGÁZ Zrt. szakértői az optimális és biztonságos bekeverési feltételek meghatározásához két különálló, a valós helyzeteket szimuláló speciális tesztrendszerben vizsgálják a hidrogén földgázhálózatra gyakorolt hatását. Az előzetes eredmények már most sok pozitív tapasztalatot rögzítenek, a hidrogénkonverzió pontos eredményei év végére várhatók.  

Az Európai Unió elkötelezett a klímavédelem és a dekarbonizáció mellett, melyet előbb az Európai Zöld Megállapodásban (European Green Deal) rögzítettek, majd arra építve, s azt jogerőre emelve alkották meg az Európai Klímarendeletet. Az intézkedések célja, hogy az Európai Unió 2050-re elérje a klímasemlegességet. Az alacsony karbonkibocsátású nyersanyagból, illetve karbonmentes úton (például napenergiával előállított) villamos árammal termelt hidrogén pedig kulcsszerepet játszik az EU dekarbonizációs törekvéseiben, nem utolsó sorban pedig az importfüggőséget is csökkenti.

Az Európai Bizottság 5 éve fogadta el a hidrogénstratégiát, amelynek célja a tiszta hidrogén előállításának és felhasználásának ösztönzése az iparban, a közlekedésben és az energetikában. Az uniós és a hazai szabályozás folyamatosan egyre részletesebb szabályozással segíti elő a hidrogén integrációját a meglévő gázpiacokba és infrastruktúrákba, biztosítva a versenyképes és biztonságos piaci működést.

A megújuló energiaforrások segítségével megtermelt zöld hidrogénnek az egyik lehetséges szállítási és tárolási módja a földgázinfrastruktúrába való bekeverés. Ez lehetővé tenné a meglévő földgázvezetékek és tárolók újszerű hasznosítását, s ezzel párhozamosan csökkentené az új infrastruktúra kiépítésének költségeit és létesítési idejét. A hidrogén földgázzal való keverése azonban műszaki és biztonsági kihívásokat is felvet.

A törekvésekből látszik, hogy elkerülhetetlen a földgáz-hidrogén gázelegynek a földgázelosztói engedélyesek hálózatán való megjelenése. Ahhoz, hogy a bekevert hidrogént a gázrendszerben a földgázelosztók felelősen fogadni tudják, szükséges a meglévő infrastruktúra és a gázhálózati elemek komplex vizsgálata.

Mivel a hidrogénnek, és a földgáz fő alkotóelemének, a metánnak a legfőbb tulajdonságai eltérőek, fontos megvizsgálni, hogy a földgázelosztó hálózat milyen esetleges korlátozásokkal képes befogadni és biztonságosan elosztani a hálózaton megjelenő hidrogén-földgáz gázkeveréket.

A hidrogén a metánhoz viszonyítva:

• Rendkívül könnyű anyag (a sűrűsége 15 °C-on egy nagyságrenddel kisebb).
• Kisméretű molekula (kb. 40%-kal kisebb, mint a metán molekula).
• Körülbelül harmada a volumetrikus fűtőértéke, ezáltal a szállítási távolság és a meglévő vezeték szállítási kapacitásának hatásfoka jelentősen csökkenhet a hidrogén arányának növelésével.
• A biztonságtechnikai jellemzői kedvezőtlenebbek: szélesebb robbanási koncentrációs határok jellemzik, valamint alacsonyabb a gyulladási energiája, és magasabb a lángterjedési sebessége.

A hidrogén bekeverési vizsgálatok iparági szintű összefogása érdekében a Földgázelosztói Együttműködés Fórum Műszaki Bizottsága összeállított egy hidrogén bekeverési vizsgálati programot, melyben az OPUS TIGÁZ Zrt. vállalta, hogy vizsgálja a korszerű technológiával megvalósult elosztóhálózatot és szerelvényeit, a fogyasztásmérőket és korrektorokat, valamint az elosztóhálózati beavatkozáshoz szükséges eszközöket (szorítót, ballonozót, stb.). Emellett vállalták az oldható kötések tömörségének, valamint a hidrogén szeparáció vizsgálatának elvégzését is, mivel ezek kiemelt biztonsági kockázatokat jelenhetnek.

A „Hidrogén Alkalmazása Projekt” 2023. május végén indult két különálló tesztrendszer létesítésével az OPUS TIGÁZ Zrt. miskolci telephelyén; egyrészt az elosztó és leágazó vezeték, valamint a telekhatáron belüli rendszer elemeinek vizsgálatára másrészt a gázmérők és nyomásszabályozók tartós laboratóriumi vizsgálatra. A tanpálya mellett megépült tesztrendszerben minden olyan lényeges elosztóvezetéki tartozék elhelyezésre került, amely az üzemelő elosztóhálózatban is megtalálható. A projektbe 2024. év elején bevonták a Miskolci Egyetem három karát is egy együttműködési szerződés keretében.

A kialakított tesztrendszerben végzett vizsgálatokhoz palackokban tárolt, előre bekevert, eltérő arányban 2%(V/V), 5%(V/V), és 10%(V/V) hidrogént tartalmazó elegyet használnak, később azonban alkalmas lehet a tiszta, hidrogén hálózatokat célzó vizsgálatok elvégzésre is.

A hálózati tesztrendszer négy autonóm alrendszerből épül fel.

A szeparációs alrendszer célja a különböző térfogatszázalékú és nyomású hidrogén-földgáz keverék statikus állapotban történő kirétegződésének vizsgálata. Mivel a hidrogén sűrűsége jelentősen kisebb a metánéhoz viszonyítva, így a statikus gázkeverékben megindulhat az alkotóelemek sűrűség-különbség által indukált elkülönülése. Ezzel a hatással szemben viszont a gázkeverékben létrejön egy a kiválást megszüntetni igyekvő erő, ami a koncentráció különbség következtében létrejövő diffúzió. A hálózaton például társasházi „felszálló” vezeték, valamint idényjellegű, mezőgazdasági fogyasztók esetében fordulhatnak elő ilyen statikus végpontok, ahol létrejöhet a kirétegződés állapota. Ezért fontos ezek vizsgálata.

Az OPUS TIGÁZ által üzemeltetett kb. 35.000 km vezetékrendszeren milliós nagyságrendben alkalmaznak oldható kötéseket, így az ezeket vizsgáló alrendszer a jellemző oldható kötések és tömítések tömörségét különböző nyomás és hidrogén-koncentráció esetén vizsgálja.

A hálózati beavatkozások alrendszer a szakaszolási tevékenységek során alkalmazott szerelvények és berendezések funkcionális megfelelőségét vizsgálja. Minden olyan tevékenység és berendezés (pld. szakaszolási tevékenység, beavatkozások stb.) elvégzését modellezik a gyakorlatban, amelyeket az OPUS TIGÁZ Zrt. munkavállalói a mindennapokban alkalmaznak.

A vezetékrendszer funkcionális megfelelősége mellett kiemelten vizsgálandó szempont a gázelosztó infrastruktúra elemeinek hidrogénnel szembeni tűrőképessége, amelyet a hidrogénállósági alrendszer vizsgál. Az esetleges anyagminőség változások a rendszerbe beépített idomok és szerelvény szerkezetében valósulhatnak meg a hidrogén-földgáz keveréknek köszönhetően.

A hálózati tesztpálya mellett megvalósítottak és üzemeltetnek egy gázmérő és gáznyomás-szabályozó tartós járató rendszert is. A tesztrendszerben a leggyakrabban használt gázmérőket, gáznyomás-szabályozókat, korrektorokat, nyomásregisztereket, valamint manométereket üzemeltetik legalább 6 hónapig. A járatórendszer 5%(V/V) hidrogént tartalmazó keverék alkalmazása mellett a keringtetett közeggel való feltöltése után zárt rendszerben működik. A tesztrendszert automatikus beavatkozó biztonsági rendszerrel látták el nyomás és elektromos részről is.

A kivitelezési munkálatokat követően jelenleg a rendszer próbaüzeme van folyamatban. A vizsgálati jelentésekből készült komplex tanulmány előreláthatóan 2025 végére készül el. Az eddig elvégzett szeparációs tesztek és hálózati beavatkozások vizsgálatának előzetes eredményei alapján nem állapítható meg jelentős eltérés az alacsony hidrogén tartalmú hidrogén-földgáz elegy alkalmazása esetén.

A teljes tanulmány a Magyar Hidrogéntechnológiai Szövetség honlapján jelent meg, amely ide kattintva érhető el.