Hydrogen Cell

Το αβέβαιο μέλλον του υδρογόνου στις μεταφορές.


 

Toyota Mirai

Το πρωτότυπο αυτοκίνητο Mirai της Toyota με υδρογόνο παρουσιάζεται κατά τη διάρκεια του Τόκυο Motor Show στο Τόκιο.

Συχνά αναφέρονται στο υδρογόνο ως ένα σημαντικό «καύσιμο» μεταφοράς στο μέλλον, παρόλο που δεν έχει ακόμη προσελκύσει το ενδιαφέρον των ειδικών και του κοινού. Ένας λόγος είναι η σύγχυση σχετικά με το τι είναι· δεν είναι πηγή ενέργειας, αν και χρησιμοποιείται ως καύσιμο, αλλά είναι μια μορφή αποθήκευσης ενέργειας. Παίρνουμε κάποια άλλη πηγή ενέργειας (σήμερα είναι το φυσικό αέριο, στο μέλλον θα είναι η ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια) και παράγουμε το υδρογόνο, το οποίο μπορούμε στη συνέχεια να το μετατρέψουμε σε χρήσιμη ενέργεια μέσω μιας κυψέλης υδρογόνου ή καίγοντάς το.

Στη Συνάντηση Καινοτομίας Κινητικότητας της Hyunda, η εταιρεία H2Pro ανακοίνωσε ότι εφηύρε μια ριζοσπαστική νέα ηλεκτρολυτική κυψέλη η οποία μετατρέπει τον ηλεκτρισμό σε υδρογόνο με απόδοση 95%. Σε αντίθεση με άλλες μεθόδους ηλεκτρόλυσης, αυτή χρησιμοποιεί ένα αναλώσιμο ανόδιο ( το οποίο παράγει το οξυγόνο) και το οποίο μπορεί να επανέλθει με θέρμανση του συστήματος. Έτσι, πιστεύεται ( εφόσον γίνει δυνατό να εφαρμοστεί σε μαζική κλίμακα) ότι θα είναι πάνω από 90% αποδοτική, σε σύγκριση με το 70-75% των υφισταμένων συστημάτων. Επιπλέον, θα μπορεί να παράγει το αέριο σε υψηλή πίεση, εξοικονομώντας έτσι την απαιτούμενη ενέργεια για τη συμπίεση.

Πρόκειται για μία θετική εξέλιξη, καθώς σχεδόν όλο το παραγόμενο υδρογόνο σήμερα προέρχεται από την πυρόλυση φυσικού αερίου (μεθανίου), το οποίο προκαλεί εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ( CO2 ).

Το μεγάλο πλεονέκτημα του υδρογόνου για τη χρήση του με τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ότι αντλείται ως αέριο καύσιμο. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να ξαναγεμίζουμε τις δεξαμενές γρήγορα, αν κι αυτές είναι ακριβές, ογκώδεις και υψηλής πίεσης σε σχέση με τις απλές δεξαμενές βενζίνης. Το άλλο μεγάλο πλεονέκτημα του είναι η θερμογόνος δύναμη του, δηλ. η παραγωγή ενέργειας ανά κιλό, η οποία είναι τριπλάσια από αυτή της βενζίνης.

Hydrogen Cell

Η συσκευή ηλεκτρολύσεως της H2Pro είναι σε μεγάλο βαθμό στο στάδιο του εργαστηριακού πρωτοτύπου, προς το παρόν.

Για να μετατραπεί το υδρογόνο πάλι σε ηλεκτρισμό, χρησιμοποιούνται κυψέλες καυσίμου. Δυστυχώς, αυτές δεν έχουν ακόμη ικανοποιητικό βαθμό απόδοσης, καθώς αυτός είναι κάτω του 50% και κάτω του 40% για τα υδρογονικά-ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Ως εκ τούτου, ακόμη και με ηλεκτρόλυση 90% αποτελεσματική, θα πάρουμε μόνο κάτω από το μισό της αποθηκευμένης ενέργειάς μας με υδρογόνο, σε σχέση με περίπου 85-90% για τις μπαταρίες. Εάν κάψουμε το υδρογόνο για να μετακινήσουμε ένα αυτοκίνητο, θα μετατρέψουμε μόνο το 1/3 της αποθηκευμένης ενέργειας σε κινητική ενέργεια. Για τη θέρμανση κατοικιών, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσουμε μια κυψέλη καυσίμου για να λειτουργήσουμε μια αντλία θερμότητας. Οι αντλίες θερμότητας έχουν συντελεστή απόδοσης 350%, μετατρέποντας την ηλεκτρική ενέργεια σε θερμότητα κι επιπλέον μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η αποβαλλόμενη θερμότητας της κυψέλης καυσίμου. Καλύτερα βέβαια είναι να χρησιμοποιηθεί απευθείας η ηλεκτρική ενέργεια, καθώς ο μόνος λόγος για να μετατραπεί σε υδρογόνο είναι για λόγους μεταφοράς και αποθήκευσης.

Πέρα από τα παραπάνω, υπάρχουν ακόμη και τα ζητήματα του κόστους και του κινδύνου αποθήκευσης, μεταφοράς και χρήσης του υδρογόνου, καθώς πρόκειται για ένα ιδιαίτερα εύφλεκτο αέριο.

 

Υδρογονοκίνητα οχήματα

Οι άνθρωποι είχαν ελπίδες για αυτοκίνητα υδρογόνου και μερικά έχουν κατασκευαστεί όπως το Toyota Mirai. Δεν έχουν όμως μεγάλη επιτυχία ακόμη και τα πρατήρια ανεφοδιασμού είναι δυσεύρετα. Οι υποστηρικτές της χρήστης του υδρογόνου δεν πρόβλεψαν το ρυθμό μείωσης των τιμών των μπαταριών λιθίου και φαίνεται ότι είναι καιρός να θεωρήσουμε τις μπαταρίες ως νικητή στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τουλάχιστον για την ώρα. Το μοναδικό πλεονέκτημα του υδρογόνου είναι η γρήγορη πλήρωση, αν και υπάρχουν πολλές υποσχέσεις για ταχύτερ πλήρωση των μπαταριών, ενώ και η διάρκεια πλήρωσης των 45 λεπτών του υπερσυμπιεστή Tesla θεωρείται ικανοποιητική.

 

Φορτηγά υδρογόνου

Είναι πολύ πιθανό το υδρογόνο να αποτελέσει μία εξαιρετική λύση ως καύσιμο φορτηγών και λεωφορείων. Ενώ κι αυτά κατασκευάζονται με μπαταρίες, το απαιτούμενο βάρος τους είναι αρκετά μεγάλο και η απαραίτητη ισχύς για να φορτιστούν σε εύλογο χρόνο είναι τεράστια, μερικά megawatts. Το βάρος αυτών των μπαταριών είναι πολύ μεγάλο σε σχέση με το πετρέλαιο και το υδρογόνο, ενώ αυτά τα οχήματα είναι σε θέση να μεταφέρουν τις σχετικά μεγάλες φιάλες του υδρογόνου. Φαίνεται επομένως, ότι στις οδικές μεταφορές μπορεί να χρησιμοποιηθεί το υδρογόνο ως πηγή ενέργειας.

 

Ηλεκτρικά αεροσκάφη

Νομίζω πάντως ότι οι πραγματικές δυνατότητες χρήσης του υδρογόνου στις μεταφορές είναι στα αεροσκάφη. Εδώ εισέρχεται το εξαιρετικό πλεονέκτημα της υψηλής θερμογόνου δύναμης του υδρογόνου, εφόσον κατασκευαστούν αρκετά ελαφριές δεξαμενές. Όπως παρατηρείται, το υδρογόνο είναι πολύ καλύτερο από τα σημερινά καύσιμα των αεροσκαφών. Οι μπαταρίες είναι πολύ βαριές για τις αερομεταφορές και προς το παρόν δεν υπάρχει κάποια σημαντική πρόοδος για την επίλυση του προβλήματος. Επιπλέον, οι μπαταρίες έχουν τη δυσάρεστη ιδιότητα να ζυγίζουν το ίδιο είτε είναι φορτισμένες είτε είναι αφόρτιστες· ένα αεροσκάφος που κινείται με καύσιμο απογειώνεται βαρύ και είναι κάπως δυσκίνητο, αλλά καθώς ταξιδεύει γίνεται ελαφρύτερο, κερδίζοντας σε ευελιξία και αποτελεσματικότητα. Αυτό ισχύει και για το υδρογόνο.

Ένα εμπόδιο για τα αεροσκάφη με υδρογόνο είναι το υψηλό κόστος των κυψελών καυσίμου. Η απογείωση απαιτεί πολύ μεγάλη ισχύ, ειδικά σε κάθετη απογείωση· μιλάμε για εκατοντάδες κιλοβάτ ακόμη και για μικρά αεροσκάφη, ενώ μόλις επιτευχθεί το επιθυμητό ύψος απαιτούνται πλέον μόνο λίγα κιλοβάτ. Μία από τις λύσεις που διερευνώνται είναι ο συνδυασμός μπαταριών και κυψελών καυσίμου. Χρησιμοποιούμε μια μικρή μπαταρία που έχει μόνο αρκετή ισχύ για την απογείωση, αλλά και ως εφεδρικό σύστημα εκτάκτου ανάγκης, την οποία κατά την πτήση την επαναφορτίζουμε. Αυτό λύνει κι ένα σημαντικό ζήτημα ασφάλειας των αεροσκαφών, τα οποία απαιτείται να έχουν εφεδρικά συστήματα εκτάκτου ανάγκης. Όταν ένα αεροσκάφος λειτουργεί μόνο με κυψέλη καυσίμου, θα χρειαστεί άλλη μία ακριβή κυψέλη. Οι μπαταρίες μπορούν να χωριστούν σε ανεξάρτητες μονάδες παρέχοντας έτσι αυξημένη ασφάλεια.

 

Αποθήκευση ενέργειας ηλεκτρικού δικτύου.

Το υδρογόνο όπως και άλλες μορφές αποθήκευσης, μπορούν να έχουν εξαιρετική εφαρμογή στην αποθήκευση ενέργειας ηλεκτρικού δικτύου. Η αποθήκευση είναι το μεγάλο άλυτο πρόβλημα όταν πρόκειται για τη δημιουργία ενός δικτύου ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Δεδομένου ότι δεν έχουμε ηλιακή φωτοβολταϊκή ενέργεια τη νύχτα ή τις συννεφιασμένς ημέρες, ενώ κι ο άνεμος έχει επίσης μεγάλες διακυμάνσεις, ο μόνος τρόπος για να μη χαθεί το μεγαλύτερο μέρος της παραγωγής είναι να μπορούμε να αποθηκεύουμε την πλεονάζουσα ενέργεια από τις ηλιόλουστες και με αέρα ημέρες και να την επιστρέψουμε στο δίκτυο στις μη παραγωγικές περιόδους. Το άλλο μεγάλο πρόβλημα είναι η μεγάλη αιχμή της ζήτησης ισχύος που έρχεται γύρω στις 7 μ.μ., αμέσως μετά το πέρας παραγωγής των φωτοβολταϊκών σταθμών.

Συμπερασματικά, φαίνεται ότι η χρήση του υδρογόνου στις μεταφορές,  έχει μέλλον σε συγκεκριμένες εφαρμογές κι όχι ως μία γενική λύση.

 

Γράψτε ένα σχόλιο

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.