Μπορεί το υδρογόνο να γίνει το καύσιμο του μέλλοντος?

Toυ Λεωνίδα Θεοδωρόπουλου

Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται από διάφορα κράτη , μία τάση απομάκρυνσης από τις μηχανές εσωτερικής καύσης και στροφής προς τους ηλεκτροκινητήρες. Το τωρινό όμως επίπεδο τεχνολογίας δεν επιτρέπει την αποθήκευση ικανοποιητικών ποσοτήτων ενέργειας σε μπαταρίες μικρών διαστάσεων, με αποτέλεσμα τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα να έχουν μεγάλο βάρος και μικρή εμβέλεια. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να επιλυθεί με την χρήση υδρογόνου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία θα τροφοδοτεί απευθείας τους ηλεκτροκινητήρες του οχήματος. Τι είναι το υδρογόνο όμως και πώς είναι δυνατόν μέσω αυτού να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια?


Το υδρογόνο είναι το πιο απλό και σε αφθονία στοιχείο στο σύμπαν. Στην πραγματικότητα όμως δεν είναι δυνατόν να βρεθεί στη φύση σε μορφή αερίου, καθώς είναι πάντα συνδυασμένο με άλλα στοιχεία, όπως για παράδειγμα το νερό. Στην γη το υδρογόνο εντοπίζεται σε διάφορες οργανικές ενώσεις όπως στα μεθάνιο , προπάνιο, φυσικό αέριο και προφανώς στο νερό. Η παραγωγή υδρογόνου μπορεί να πραγματοποιηθεί με την θέρμανση των υδρογονανθράκων , η οποία προκαλεί την διάσπαση μορίων υδρογόνου από την ένωση, καθώς και με την ηλεκτρόλυση του νερού που προκαλεί τον διαχωρισμό του σε οξυγόνο και υδρογόνο.


Όσον αφορά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας , σε πρώτη φάση το υδρογόνο αποθηκεύεται σε κυψέλες καυσίμου. Η κυψέλη καυσίμου είναι μία συσκευή η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω μίας χημικής αντίδρασης. Στις κυψέλες υδρογόνου η χημική αντίδραση αυτή είναι αντίδραση μεταξύ υδρογόνου H2 και οξυγόνου Ο2, της οποία τα μοναδικά προϊόντα είναι νερό , θερμότητα και ηλεκτρική ενέργεια. Έπειτα, η παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια κατευθύνεται προς τους ηλεκτροκινητήρες και το νερό αποβάλλεται στο περιβάλλον.


Είναι προφανές ότι η τεχνολογία αυτή μπορεί φαινομενικά τουλάχιστον να αντικαταστήσει τις μηχανές εσωτερικές καύσης και να συμβάλει δραστικά στην μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Η Ιαπωνία ως πρωτοπόρος στον τομέα αυτό έχει βάλει στόχο την παραγωγή 57.000 οχημάτων με κυψέλες υδρογόνου μέχρι το 2021. Η πραγματικότητα όμως δεν είναι τόσο ιδανική. Η παραγωγή του υδρογόνου είναι μία διαδικασία χρονοβόρα με πολύ υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις και χαμηλής απόδοσης. Η θέρμανση των υδρογονανθράκων καθώς και η ηλεκτρόλυση του νερού χρειάζονται ενέργεια η οποία πρέπει να παραχθεί είτε από θερμικά εργοστάσια λιγνίτη, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την περαιτέρω μόλυνση του περιβάλλοντος, είτε από πάρκα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Κάνοντας τον ισολογισμό παρουσιάζεται 30% πτώση απόδοσης ενέργειας μόνο για την παραγωγή του υδρογόνου.


Παράλληλα , εξίσου δύσκολη είναι η αποθήκευση και μεταφορά του υδρογόνου. Το υδρογόνο σε μορφή αερίου είναι εξαιρετικά αραιό όποτε η μεταφορά μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο με δύο τρόπους , την συμπίεση του σε 790 ατμόσφαιρες ή την υγροποίηση του με την ψύξη του στους-〖252.9〗^ο C. Η πτώση της απόδοσης ενέργειας με τις δύο παραπάνω μεθόδους κυμαίνεται από 13% για την συμπίεση και 40% για την υγροποίηση. Απώλειες ενέργειας εμφανίζονται και στο δίκτυο διανομής της ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και κατά την χημική αντίδραση στην κυψέλη καυσίμου. Συνολικά εισάγοντας όλες τις παραμέτρους στην εξίσωση, το ποσοστό απώλειας ενέργειας καθ’ όλη την διαδικασία παραγωγής και διανομής του υδρογόνου μπορεί να φτάσει το 75% ενώ συγκριτικά ένα ηλεκτροκίνητο με μπαταρίες θα έχει απώλειες έως 40%.


Ποιος είναι ο νικητής λοιπόν? Είναι γεγονός πως και οι δύο τεχνολογίες είναι εξίσου ωφέλιμες για το περιβάλλον. Οι κυψέλες υδρογόνου προσφέρουν γρηγορότερη ανατροφοδότηση του οχήματος και καλύτερη εμβέλεια με μεγαλύτερο όμως κόστος, ενώ οι μπαταρίες είναι πιο αποδοτικές και έχουν καλύτερες προοπτικές εξέλιξης της τεχνολογίας τους. Καταλήγουμε λοιπόν στο συμπέρασμα πως οι κυψέλες υδρογόνου δεν είναι μια βιώσιμη προς το παρόν λύση, καθώς πρέπει να γίνουν σημαντικά βήματα για την αύξηση της αποδοτικότητας της διαδικασίας και της μείωσης του κόστους της.


ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΗΣΤΕ ΜΑΖΙ ΜΑΣ