Υδρογόνο: Είναι το καύσιμο του μέλλοντος;

Το υδρογόνο φιγουράριζε πριν από μερικά χρόνια ως η τελική λύση για τις μετακινήσεις μηδενικών ρύπων, καθώς τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα, με την εμβέλεια που εξασφάλιζαν τότε και τις περιορισμένες υποδομές φόρτισης, προσφέρονταν μόνο για διαδρομές μέσα στα όρια της πόλης.

Όμως οι εξελίξεις στην ηλεκτροκίνηση είναι πλέον ραγδαίες. Το θέμα της αυτονομίας αντιμετωπίζεται με μπαταρίες που πολλές φορές υπόσχονται εμβέλεια κοντά στα 600 χλμ., οι σταθμοί φόρτισης πολλαπλασιάζονται με γεωμετρική πρόοδο και -το πιο σημαντικό- οι τιμές των ηλεκτρικών γίνονται ολοένα και πιο προσιτές. Αντίθετα, τα υδρογονοκίνητα αυτοκίνητα παραμένουν ακριβότερα, ενώ υστερούν στο χιλιομετρικό κόστος αλλά και σε επιδόσεις.

Mercedes GLC F-CELL

Από την άλλη, τα υδρογονοκίνητα διαθέτουν έναν αυξημένο βαθμό αυτονομίας, καθώς το καύσιμο μπορεί να μεταφερθεί σε περιοχές όπου δεν υπάρχει ηλεκτρικό δίκτυο. Ο ανεφοδιασμός τους εξακολουθεί να γίνεται πολύ ταχύτερα απ’ ό,τι ενός ηλεκτρικού, όμως τα πρατήρια υδρογόνου παραμένουν ελάχιστα. Παρ’ όλα αυτά, στο τελευταίο διάστημα υπάρχει μια κινητικότητα που φανερώνει πως το υδρογόνο διεκδικεί το μερίδιό του στις αυριανές μετακινήσεις. Ας πάρουμε όμως τα πράγματα από την αρχή.

Υδρογόνο: Μάθημα χημείας

Το υδρογόνο συναντάται σχεδόν παντού στη φύση σε μοριακές μορφές, όπως το νερό και οι οργανικές ενώσεις, αλλά είναι δύσκολο να βρεθεί ως ξεχωριστό στοιχείο. Έτσι, η παραγωγή του βασίζεται σε βιομηχανικές μεθόδους, κυρίως με την «αναμόρφωση» του φυσικού αερίου, και λιγότερο συχνά με την ιδιαίτερα ενεργοβόρα μέθοδο της ηλεκτρόλυσης του νερού.

Καθώς, υπό κανονικές συνθήκες, το υδρογόνο βρίσκεται σε αέρια μορφή, για την αποθήκευσή του και τη μεταφορά του θα πρέπει να συμπιεστεί σε πάρα πολύ μεγάλη πίεση ή και να ψυχθεί σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, γεγονός που αποτελεί μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις στη διανομή του.

Πρατήριο υδρογόνου

Το υδρογόνο δεν είναι τοξικό, ένα όμως από τα βασικά του προβλήματα έχει να κάνει με την πτητικότητά του, καθώς «δραπετεύει» ακόμα και από συμπαγές ανοξείδωτο ατσάλι! Το γεγονός αυτό καθιστά περίπλοκη την κατάλληλη κατασκευή των σωλήνων μεταφοράς του, καθώς και των δοχείων αποθήκευσής του. Το υδρογόνο είναι επίσης ιδιαίτερα εύφλεκτο. Στο παρελθόν χρησιμοποιείτο στα αερόπλοια, μέχρι που το ατύχημα του Χίντενμπουργκ το έβαλε στο περιθώριο για τη συγκεκριμένη χρήση.

Σήμερα τέτοια προβλήματα μπορούν να αντιμετωπιστούν, αφού ήδη ζούμε με επικίνδυνα υλικά γύρω μας, όπως είναι για παράδειγμα η βενζίνη.

Το υδρογόνο διαθέτει, σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα, μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα με βάση τη μάζα του, κάτι που θεωρητικά εξασφαλίζει μεγαλύτερη αυτονομία, εντούτοις για τη μεταφορά ικανής ποσότητας υδρογόνου μέσα σε ένα ρεζερβουάρ θα χρειαστεί να συμπιεστεί σε πολύ υψηλή πίεση. Τα ρεζερβουάρ των υδρογονοκίνητων αυτοκινήτων αποθηκεύουν κατά περίπτωση το καύσιμο με πίεση 700 ή 350 bar (στα βαρέα οχήματα).

Ρεζερβουάρ υδρογόνου

Το υδρογόνο για τις μεταφορές μηδενικών ρύπων

Η τεχνολογία των ενεργειακών κυψελών δεν είναι καινούργια, αφού η General Motors την είχε ήδη εφαρμόσει από το 1966 σε ένα πειραματικό van. Εντούτοις, ωρίμασε τα τελευταία χρόνια, ώστε να μπορεί να αξιοποιηθεί σε αυτοκίνητα παραγωγής, όπως το Toyota Mirai. Καρδιά των αυτοκινήτων με ενεργειακές κυψέλες (FCEV) αποτελεί μια επιφάνεια πάνω στην οποία το υδρογόνο αντιδρά χημικά με το οξυγόνο του αέρα και παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα και υδρατμοί. Τα FCEV είναι κατά βάση ηλεκτρικά οχήματα, που όμως διαθέτουν μια πολύ μικρότερη μπαταρία σε σχέση με τα αμιγώς ηλεκτρικά, η οποία απλώς χρησιμεύει για την εξασφάλιση αμεσότερης απόκρισης όταν ο οδηγός πατήσει το δεξί πεντάλ, μέχρι η κυψέλη υδρογόνου να αρχίσει να παράγει ρεύμα.

Fuell cell

Τα FCEV δε χρειάζονται φόρτιση και δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον, με την προϋπόθεση ότι το υδρογόνο έχει παραχθεί με ηλεκτρόλυση χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ (πράσινο υδρογόνο). Μια εναλλακτική λύση είναι αυτή του λεγόμενου μπλε υδρογόνου, το οποίο παράγεται από ορυκτά καύσιμα, με ανάλογη δέσμευση όμως του CO2, ώστε να μηδενιστεί το ανθρακικό αποτύπωμα.

Το «πράσινο υδρογόνο» αυτήν τη στιγμή έχει πολύ υψηλό κόστος παραγωγής. Τυχόν κρατικά κίνητρα για την παραγωγή και χρήση του υδρογόνου μπορεί να οδηγήσουν σε νέες, αποδοτικότερες μεθόδους παραγωγής, που θα μπορούν να το καταστήσουν ανταγωνιστικό των συμβατικών καυσίμων. Μια σχετική έρευνα της Επιτροπής Ενέργειας της Καλιφόρνιας εκτιμά πως το κόστος του υδρογόνου μπορεί μέχρι το 2020 να πέσει κάτω από το μισό της σημερινής του τιμής, έτσι που η χιλιομετρική επιβάρυνση θα είναι αντίστοιχη ενός αυτοκινήτου ντίζελ.

Πρατήριο της Total στην Καλσρούη που τροφοδοτείται με “πράσινο” υδρογόνο.

Το υδρογόνο στους κινητήρες εσωτερικής καύσης

Το 2006 η BMW είχε παρουσιάσει ένα πρωτότυπο μιας 12κύλινδρης Σειράς 7 που αντί για βενζίνη χρησιμοποιούσε υδρογόνο, με την ανάλογη φυσικά προσαρμογή στο σύστημα τροφοδοσίας. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα της συγκεκριμένης λύσης είναι η χαμηλότερη απόδοση, καθώς αξιοποιείται το 25% της ενέργειας του υδρογόνου, όταν στις κυψέλες υδρογόνου το αντίστοιχο ποσοστό αγγίζει το 50%. Ένα ακόμα πρόβλημα στην καύση του υδρογόνου έχει να κάνει με την έκλυση οξειδίων του αζώτου, τα οποία πρέπει να δεσμευτούν στη συνέχεια με συστήματα αντιρρύπανσης σαν αυτά που συναντάμε στους πετρελαιοκινητήρες.

Το εντυπωσιακό γεγονός είναι πως δεκαπέντε χρόνια μετά την υδρογονοκίνητη «7άρα», έρχεται η Toyota και, παράλληλα με την εξέλιξη των κυψελών υδρογόνου, δοκιμάζει μια εκδοχή του 3κύλινδρου κινητήρα του Yaris GR που εν προκειμένω καταναλώνει συμπιεσμένο υδρογόνο. Η ιαπωνική εταιρεία ισχυρίζεται πως η καύση του υδρογόνου γίνεται με ταχύτερο ρυθμό από ό,τι στους παραδοσιακούς βενζινοκινητήρες, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός συνόλου με πολύ καλή απόκριση. Συν τοις άλλοις, οι θερμικοί κινητήρες υδρογόνου θα μπορούν να προσφέρουν στον αμετανόητο κάτοχό τους την οδηγική εμπειρία ενός συνόλου που παράγει… ήχο και κραδασμούς, όχι όμως και βλαβερά για το περιβάλλον καυσαέρια.

Η Toyota δεν ανακοινώνει στοιχεία που σχετίζονται με την απόδοση του συγκεκριμένου συνόλου, ούτε ασφαλώς το χρονοδιάγραμμα για την υιοθέτησή του σε μοντέλα μαζικής παραγωγής της. Ωστόσο, στις σχετικές ανακοινώσεις της η εταιρεία επισημαίνει με έμφαση ότι η εν λόγω μονάδα «εξελίχθηκε ως μέρος των βημάτων που πραγματοποιεί η Toyota προς την κατεύθυνση υλοποίησης μιας κινητικότητας ουδέτερου άνθρακα».

Το υδρογόνο στην Ελλάδα

Με την ονομασία «White Dragon» κατατέθηκε την περασμένη άνοιξη πρόταση στην ελληνική κυβέρνηση από ομάδα εταιρειών, στην οποία συμμετέχουν οι μεγαλύτεροι ενεργειακοί όμιλοι της χώρας (ΔΕΠΑ Εμπορίας, Advent Technologies, Damco Energy, ΔΕΗ, ΔΕΣΦΑ, Ελληνικά Πετρέλαια, Motor Oil, Σωληνουργεία Κορίνθου, TAP και ΤΕΡΝΑ Ενεργειακή) και η οποία ως στόχο έχει την παραγωγή πράσινου υδρογόνου.

Η πρόταση προβλέπει επενδύσεις άνω των 8 δισ. ευρώ για την ετήσια παραγωγή 250.000 τόνων πράσινου υδρογόνου στη Δυτική Μακεδονία. Το έργο «White Dragon» θα απασχολεί άμεσα 18.000 εργαζομένους και έμμεσα 29.500, ενώ το περιβαλλοντικό όφελος υπολογίζεται στον περιορισμό των εκπομπών CO2 κατά 11,5 εκατ. τόνους το χρόνο. Το παραγόμενο υδρογόνο θα διοχετεύεται στον αγωγό φυσικού αερίου του ΔΕΣΦΑ, ενώ θα αξιοποιείται επίσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας για τα δίκτυα τηλεθερμάνσεων της Δυτικής Μακεδονίας.

Στόχος του έργου «White Dragon» αποτελεί επίσης η δημιουργία ενός ολοκληρωμένου ερευνητικού κέντρου υδρογόνου στη Δυτική Μακεδονία, ενώ θα διερευνηθεί η δυνατότητα μεταφοράς και εξαγωγής υδρογόνου μέσω του αγωγού φυσικού αερίου TAP, που ήδη συνδέει την Ελλάδα με τις ευρωπαϊκές αγορές. Η πρόταση πήρε το προκαταρκτικό «πράσινο φως» των Βρυξελλών και θα τεθεί τον ερχόμενο Νοέμβριο σε τελική αξιολόγηση από την Κομισιόν για χρηματοδότηση από ευρωπαϊκούς πόρους.

Το plug-in υβριδικό του μέλλοντος, στη θέση του θερμικού κινητήρα θα χρησιμοποιεί ενεργειακές κυψέλες.

Επίσης, σε πρόσφατο συνέδριο που είχε ως αντικείμενο το υδρογόνο, ο υφυπουργός Υποδομών και Μεταφορών, κ. Γιάννης Κεφαλογιάννης, προανήγγειλε την υιοθέτηση του συγκεκριμένου καυσίμου στις οδικές και σιδηροδρομικές μεταφορές μέσα από ένα θεσμικό πλαίσιο που θα δημιουργηθεί σε συνεργασία με το ερευνητικό κέντρο «Δημόκριτος». Στο πλαίσιο αυτό προβλέπεται η ανάπτυξη δικτύου πρατηρίων υδρογόνου στις εθνικές οδούς, ενώ σε δεύτερη φάση θα εξασφαλιστεί η δυνατότητα ανεφοδιασμού των τρένων υδρογόνου τα οποία θα χρησιμοποιούν το εθνικό σιδηροδρομικό δίκτυο. Στις αστικές μεταφορές, σε πρώτη φάση, το υδρογόνο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στις συγκοινωνίες και στα βαρέα οχήματα ειδικών χρήσεων που διαθέτουν δήμοι και περιφέρειες.

Αν όλα αυτά μοιάζουν θεωρητικά, αξίζει να σημειώσουμε πως αυτήν τη στιγμή μόνο στην Ευρώπη 120 εταιρείες προωθούν το υδρογόνο ως το καύσιμο του μέλλοντος, το οποίο φιλοδοξούν ότι μέχρι το 2050 θα καλύπτει το 24% των ενεργειακών μας αναγκών, αλλά και ένα μεγάλο ποσοστό των μεταφορών. Η χρήση, άλλωστε, υδρογόνου για πρώτη φορά στην ολυμπιακή φλόγα των Ολυμπιακών Αγώνων του Τόκιο, πέρα από τον εύλογο οικολογικό συμβολισμό, φανερώνει ίσως και τις προθέσεις της ιαπωνικής βιομηχανίας για την αυριανή κινητικότητα._ Μ. Σ.

Πρωτότυπο της Mercedes που κινείται με υδρογόνο.

Το υδρογόνο σε αριθμούς

1787 ήταν η χρονιά που ο Γάλλος χημικός Αντουάν Λαβουαζιέ πρότεινε για το συγκεκριμένο στοιχείο την ελληνική ονομασία «υδρογόνο» (γεννά νερό).

156 σταθμοί ανεφοδιασμού υδρογόνου λειτουργούν σήμερα στην Ευρώπη. Οι 92 από αυτούς βρίσκονται στη Γερμανία. Η Γαλλία ακολουθεί με 26 πρατήρια υδρογόνου.

5 κιλά υδρογόνου επιτρέπουν σε ένα αυτοκίνητο με fuel cells να ταξιδέψει για περίπου 500 χλμ.

122 λίτρα είναι η χωρητικότητα ενός ρεζερβουάρ που υπό πίεση 700 bar μπορεί να μεταφέρει 5 κιλά υδρογόνου.

5,4 εκατ. θέσεις εργασίας εκτιμάται πως θα δημιουργηθούν για τις ανάγκες της οικονομίας του υδρογόνου έως το 2050.