A kőolajból előállított motorhajtóanyagok előnyei, hogy könnyen tárolhatók és szállíthatók, ugyanakkor egységnyi térfogatuk viszonylag nagy energiát képvisel, és az áruk – bár folyamatosan emelkedik – még mindig viszonylag alacsony. Ezek következtében jelenleg még mindig nélkülözhetetlen üzemanyagai a közlekedésnek és a legtöbb mobil munkagépnek, amelyeknek ezáltal a hajtásláncukat is meghatározzák. Legfőbb hátrányaik, hogy elégetésükkel nagy mennyiségű szén-dioxid kerül a légkörbe és a gazdaságosan kitermelhető kőolajmennyiség véges. A kőolajból előállított motorhajtóanyagok azonban nem voltak mindig egyeduralkodók: a motorizáció "hajnalán", 1900-ban például az Egyesült Államokban gyártott 4192 gépjármű 40 százalékát gőz, 38 százalékát villamosság és csak a 22 százalékukat hajtotta benzin. A mai helyzetet jól ismerjük: a több mint nyolcszázmillió gépjármű több mint 99 százalékát benzin vagy gázolaj hajtja, ~0,5 százalékukat propán- bután gáz (LPG – liquefied petroleum gas) és mintegy ~0,1 százalékukat pedig földgáz (CNG – compressed natural gas. Az ideális hajtóanyag és hajtásrendszer nem környezetszennyező, nem zajos, nem drága, jó hatásfokú, biztonságos, üzembiztos, nem túl nagy tömegű, illetve térfogatú, valamint megfelelő hatósugarat biztosít a járműnek – ilyen sajnos egyelőre nem létezik.

Földünk gazdaságosan kitermelhető kőolaj- és földgázkészletei a szakemberek szerint még több évtizedre elegendők, de kőszénből sokkal nagyobbak a források. Olajszármazékokat a kőszén (és a földgáz) cseppfolyósításával is elő lehet állítani. Az erre vonatkozó technológiák alapjait a két világháború között fejlesztették ki a szénben gazdag, ám kőolajban szegény Németországban és Japánban, de nagyüzemi alkalmazásukat a második világháború után leállították a gazdaságtalanságuk miatt, bár Dél-Afrikában az embargó miatt a legutóbbi időkig is alkalmazták. Az 1970-es évek olajválsága után az Egyesült Államokban is nekiláttak a szóban forgó technológiák fejlesztésének, de az olajárak csökkenése miatt felhagytak vele. A szén cseppfolyósításával különben 1 t szénből mintegy 0,1 - 0,5 m³ olajat lehet előállítani, a viszonylag olcsó közel-keleti kőolajhoz képest azonban közelítőleg harminchatszoros önköltségi áron.

Normál nyomáson és hőmérsékleten légnemű szénhidrogéneket kell érteni az LPG, CNG rövidítések alatt. Ezek nem megújuló, hanem fosszilis energiaforrások, előnyeik: hogy az égésük tisztább, kevesebb szén-dioxidot bocsátanak ki, a használatukhoz a gépjárművet (főleg annak motorját) viszonylag kismértékben kell átalakítani, az áruk pedig mintegy harmadával kisebb a benzinénél és gázolajénál. Alkotóik a földgáz összetevői, azonban Földünk földgázkészletei nagyobbak, mint a kőolajkészletek – bár szintén végesek. Az LPG vagy autógáz 95 százalékban cseppfolyós propán és bután gázok 40-60 százalékos keveréke (hasonlóan a háztartási PB-gázhoz, csak annál tisztább). A propán és bután gázok tulajdonképpen a földgázkitermelés melléktermékei: a fő összetevőtől (metán) választják el azokat. A szóban forgó gázok a szokásos hőmérsékleteken viszonylag kis (~6 bar) nyomáson cseppfolyósíthatók, és ilyen állapotban töltik a gépjárművekbe. Hátrányuk, hogy a levegőnél nehezebbek, így mélyebb helyeken összegyűlhetnek, azzal robbanóelegyet alkotva. A CNG 200–300 bar nyomásra sűrített földgázt (metánt) jelent, amelyet gáz halmazállapotban tankolnak és tárolnak a gépjárműveken: rendszerint nehéz, ám olcsóbb acél- vagy könnyebb, ám drágább kompozit gázpalackokban. A csatornaiszapból, mezőgazdasági és kommunális hulladékból előállított, nagyrészt metánt és szén-dioxidot tartalmazó biogáz szintén felhasználható belső égésű motorok hajtóanyagaként: alapos tisztítással és a szén-dioxid eltávolításával. 

Az olajos növények (repce, napraforgó) magjaiból biodízel sajtolható, a magasabb szénhidrát- (például cukorrépa, cukornád) vagy keményítőtartalmú (például kukorica) növényekből pedig etanol (etil-alkohol). Ezek hátrányai, hogy az alapanyagok termesztése nagy földterületet, és mérsékelt égövön nagy energiabefektetést igényel (talajművelés, betakarítás); viszonylag kicsi az energiatartalmuk, kevéssé stabilak és kizárólagos hajtóanyagként való alkalmazásukhoz a jelenlegi motorok konstrukcióját meg kellene változtatni (akár az E85 – 85 százalék bioetanol, 15 százalék benzin – üzemanyag esetén). Ezért ez utóbbi miatt az etanolt csak kisebb mértékben lehet a benzinhez adni – bár a trópusi Brazíliában sok, a cukornádból olcsón előállított etanollal üzemelő gépjármű fut. Azon növények energetikai célokra való alkalmazása, amelyekből alapvető élelmiszerek készülnek, etikai problémát is jelent: az irántuk megnövekedett kereslet árfelhajtó hatása miatt a szegényebb országok lakossága nehezebb helyzetbe kerülhet. Vannak – például a kémiai Nobel-díjas Oláh György (Bautrend, 2009. augusztus - szeptember)–, akik szerint a metanol (metil-alkohol) válthatja fel a hagyományos motorhajtóanyagokat. A metanol többféle, nagy széntartalmú anyagból előállítható, ám a jelenleg használatos technológiákkal (a hőigénye miatt) nagy mennyiségben csak pazarló módon. Jövője annak az eljárásnak lehet, amely szénből és vízből állítja elő azt az atomerőművek hője segítségével. A metanol fő hátránya, hogy rendkívül mérgező, a fémeket korrodálja, a műanyagokat lágyítja, kizárólagos hajtóanyagként való alkalmazásához szintén a motorok konstrukcióját kell megváltoztatni, ráadásul a fűtőértéke csak a fele a benzinének – ezek miatt inkább tüzelőanyagcellák üzemanyagaként jöhet számításba a jövőben.

Tiszta a hidrogén égése, mivel annak égésterméke a tiszta víz. Az energiasűrűsége nagyon nagy, viszont kis sűrűsége miatt gáz halmazállapotban igen nagy nyomásra kellene sűríteni, folyékony halmazállapotban pedig –253 °C alatt kellene tárolni. Mivel magas hőmérsékleten (~2400 °C) ég, ezért az égésekor nitrogénoxidok keletkezésével kell számolni, ami katalizátorok segítségével kiküszöbölhető. A hidrogént üzemanyagaként jelenleg folyékony halmazállapotban csak űrrakéták hajtására használják. Sugárhajtású repülőgépek esetében kísérleteznek nagy nyomású hidrogéngázzal.

Sok, biztató kísérletet végeztek hidrogén hajtású belső égésű motorokkal. Az üzemi tapasztalatok ugyan kedvezőek, de a tárolás egyelőre rendkívül problémás. A szokásos gépjárművek esetén mind a folyékony, mind a sűrített és mind a fémhidridekben való tárolás nagymértékben megnövelné a járművek méretét, tömegét és a különleges technológiák miatt az árát is. Ezek következtében a hidrogén belső égésű motorok üzemanyagaként a belátható jövőben még nem lesz realitás. Az is további gondot jelent, hogy jelenleg a hidrogént nagy mennyiségben a leggazdaságosabban a fosszilis földgázból lehet előállítani.

Tiszták, csendesek és jó hatásfokúak a villamos hajtások, hátrányuk viszont, hogy a villamos energia jelenleg hatékonyan nem tárolható. Ha áramforrásként akkumulátorokat használunk, akkor az nagymértékben megnöveli a jármű tömegét és nem biztosít neki nagy hatósugarat. Ezért az akkumulátoros villamos hajtásokat önállóan csak alárendeltebb célokra alkalmazzák (mint például targoncák hajtása), vagy pedig kisegítő hajtásként belső égésű motor mellé (hibrid hajtások). 

Nagyobb reményeket fűznek azonban az üzemanyagcellákhoz. Az üzemanyagcellák olyan galvánelemek, amelyek valamilyen üzemanyag (például hidrogén) kémiai energiáját alakítják át villamos energiává (végső soron fordított elektrolízissel). Az üzemanyagcellákat 1839-ben fedezték fel, de a mai napig széles körben csak az űrtechnikában alkalmazzák. Jelenleg nagyon intenzív kutatások folynak az üzemanyagcellák gépjárművekben való alkalmazására: egyelőre buszokban alkalmazzák kísérleti jelleggel. A fő cél a méretek és a költségek csökkentése és a fajlagos (tömegegységre jutó) teljesítmény növelése. Hidrogénnel működtetett üzemanyagcellák esetén az egyelőre még nyitott kérdés, hogy a hidrogén kúthálózat révén lenne hozzáférhető vagy pedig a gépjárművekben történne az előállítása. Az előbbi változat drága, az utóbbi esetben viszont a hidrogént célszerűen metanolból állítanák elő.

Ajánlot és felhasznált irodalom

Vajda György: Energiaellátás ma és holnap; MTA Társadalomkutató Központ, Budapest, 2004.

Dr. Emőd István: A járműhajtás alternatívái; BME Gépjárművek Tanszék (www.gjt.bme.hu)