Κυψέλες καυσίμου υδρογόνου: ίσως η λύση που χρειαζόμαστε

Δημήτρης Μπαλής

Η ηλεκτροκινητικότητα αναπτύσσεται ταχύτατα και αποτελεί ελπίδα για τη μείωση των εκπομπών CO2, που προέρχονται από την κυκλοφορία. Αλλά πόσο οικονομικό είναι να κυκλοφορεί ένα βαρέως τύπου φορτηγό, με ωφέλιμο φορτίο 40 τόνων, σε μεγάλες αποστάσεις χρησιμοποιώντας μόνο ηλεκτρική ενέργεια μπαταρίας; Δεδομένου του βάρους της μπαταρίας, των μεγάλων χρόνων φόρτισης και του περιορισμένου εύρους της σημερινής τεχνολογίας, οι ηλεκτρικοί κινητήρες δεν είναι η πρώτη επιλογή για βαρέα φορτηγά. Παρ’ όλα αυτά, ακόμη και φορτηγά 40 τόνων θα μπορούν να ταξιδέψουν πάνω από χίλια χιλιόμετρα σε ηλεκτρική λειτουργία, στο εγγύς μέλλον.

Το κλειδί για αυτό, είναι το σύστημα κινητήρα κυψελών καυσίμου υδρογόνου της Bosch. Όταν τροφοδοτείται με υδρογόνο που παράγεται χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αυτός ο κινητήρας επιτρέπει την ουδέτερη από το κλίμα μεταφορά αγαθών και εμπορευμάτων. Η Bosch κάνει το πρώτο βήμα προς αυτή την κατεύθυνση αναπτύσσοντας το σύστημα κίνησης κυψελών καυσίμου, κυρίως με έμφαση στα φορτηγά και σχεδιάζει να ξεκινήσει την παραγωγή το 2022-2023. Μόλις καθιερωθούν σε φορτηγά, οι κινητήρες κυψελών καυσίμου της Bosch θα βρουν όλο και περισσότερο δρόμο στα επιβατικά αυτοκίνητα.

Ιδού επτά λόγοι για τους οποίους οι κυψέλες καυσίμου και το υδρογόνο είναι κρίσιμα δομικά στοιχεία της κινητικότητας του αύριο:

1) Ουδετερότητα του κλίματος

Σε μια κυψέλη καυσίμου, το υδρογόνο (H2) αντιδρά με οξυγόνο (O2) από τον αέρα του περιβάλλοντος. Η ενέργεια που απελευθερώνει αυτή η αντίδραση, μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται για οδήγηση. Η θερμότητα και το καθαρό νερό (H2O), είναι άλλα προϊόντα της αντίδρασης. Το Η2 λαμβάνεται χρησιμοποιώντας ηλεκτρόλυση, στην οποία το νερό διαχωρίζεται σε υδρογόνο και οξυγόνο με τη βοήθεια ηλεκτρικής ενέργειας. Η παραγωγή αυτής της ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, κάνει το σύστημα κινητήρα κυψελών καυσίμου εντελώς ουδέτερο από το κλίμα. Ειδικά για μεγάλα, βαρέα οχήματα, οι κυψέλες καυσίμου έχουν καλύτερο αποτύπωμα άνθρακα, σε σχέση με αποκλειστικά ηλεκτροκινητήρες μπαταρίας, εάν προσθέσουμε τις εκπομπές CO2 από όλο τον κύκλο ζωής ενός οχήματος.

Το μόνο που χρειάζονται τα οχήματα κυψελών καυσίμου, εκτός από τη δεξαμενή υδρογόνου τους, είναι μια πολύ μικρότερη μπαταρία για αποθήκευση ενδιάμεσου buffer. Αυτό μειώνει σημαντικά το αποτύπωμα άνθρακα στην παραγωγή.

2) Πιθανές εφαρμογές

Το υδρογόνο έχει υψηλή ενεργειακή πυκνότητα. Ένα κιλό υδρογόνου περιέχει τόση ενέργεια, όσο 3,3 λίτρα πετρελαίου. Για να ταξιδέψει 100 χιλιόμετρα, ένα επιβατικό αυτοκίνητο, χρειάζεται μόνο ένα κιλό, ενώ ένα φορτηγό 40 τόνων χρειάζεται 7 κιλά. Όπως με το ντίζελ ή τη βενζίνη, χρειάζονται λίγα λεπτά για να γεμίσει ένα άδειο ρεζερβουάρ H2 και να συνεχίσει το ταξίδι.

Εκτός από τις εφαρμογές στην κινητικότητα, η Bosch αναπτύσσει στοίβες κυψελών καυσίμου για σταθερές εφαρμογές με τεχνολογία στερεού οξειδίου (SOFC). Μια προοριζόμενη χρήση είναι σταθμοί παραγωγής ενέργειας σε πόλεις, κέντρα δεδομένων και σημεία φόρτισης για ηλεκτρικά οχήματα. Εάν επιτευχθούν οι στόχοι δράσης του Παρισιού για το κλίμα, στο μέλλον το υδρογόνο θα πρέπει να τροφοδοτεί όχι μόνο αυτοκίνητα και εμπορικά οχήματα, αλλά και τρένα, αεροσκάφη και πλοία. Οι βιομηχανίες ενέργειας και χάλυβα, σχεδιάζουν επίσης να κάνουν χρήση υδρογόνου.

3) Αποδοτικότητα

Ένας από τους πιο αποφασιστικούς παράγοντες για τη λειτουργία ενός κινητήρα, είναι η αποδοτικότητά του. Η χρήση ενέργειας από το φρενάρισμα, αυξάνει περαιτέρω την αποδοτικότητα. Τα ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία, τα οποία μπορούν να αποθηκεύουν ηλεκτρικό ρεύμα απευθείας στο όχημα και να το χρησιμοποιούν για πρόωση, είναι ακόμη πιο αποτελεσματικά. Ωστόσο, δεδομένου ότι η παραγωγή ενέργειας και η ζήτηση ενέργειας δεν συμπίπτουν πάντα στο χρόνο και την τοποθεσία, η ηλεκτρική ενέργεια από αιολικά και ηλιακά εργοστάσια παραμένει συχνά αχρησιμοποίητη, επειδή δεν μπορεί να βρει καταναλωτή και δεν μπορεί να αποθηκευτεί. Εδώ έρχεται το υδρογόνο. Το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή του με αποκεντρωμένο τρόπο, έτοιμο για ευέλικτη αποθήκευση και μεταφορά.

4) Κόστος

Το κόστος του «πράσινου» υδρογόνου θα μειωθεί σημαντικά όταν επεκταθεί η παραγωγική ικανότητα, ενώ και η τιμή της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μειώνεται. Το Συμβούλιο Υδρογόνου, μια ένωση περισσότερων από 90 διεθνών εταιρειών, αναμένει ότι το κόστος για πολλές εφαρμογές υδρογόνου θα μειωθεί κατά το ήμισυ τα επόμενα δέκα χρόνια – καθιστώντας τις ανταγωνιστικές με άλλες τεχνολογίες. Η Bosch συνεργάζεται επί του παρόντος με την Powercell για να αναπτύξει τις κυψέλες, τον πυρήνα της κυψέλης καυσίμου και να την κάνει έτοιμη για αγορά.

5) Υποδομή

Το σημερινό δίκτυο σταθμών πλήρωσης υδρογόνου, δεν προσφέρει πλήρη κάλυψη, αλλά περίπου 180 σταθμοί στην Ευρώπη, είναι ήδη επαρκείς για ορισμένες σημαντικές διαδρομές μεταφοράς. Εταιρείες, σε πολλές χώρες, συνεργάζονται για να επεκτείνουν τους σταθμούς και συχνά υποστηρίζονται από κρατικές επιδοτήσεις. Στη Γερμανία, επίσης, οι πολιτικοί έχουν αναγνωρίσει τον σημαντικό ρόλο του υδρογόνου στην ανάπτυξη της οικονομίας και το έχουν ενσωματώσει στην Εθνική Στρατηγική Υδρογόνου. Για παράδειγμα, η κοινοπραξία H2 Mobility θα έχει κατασκευάσει περίπου 100 πρατήρια στη Γερμανία μέχρι το τέλος του 2020, ενώ το έργο H2Haul που χρηματοδοτείται από την ΕΕ λειτουργεί όχι μόνο σε φορτηγά αλλά και στους σταθμούς ανεφοδιασμού που απαιτούνται στις προγραμματισμένες διαδρομές του. Η Ιαπωνία, η Κίνα και η Νότια Κορέα διαθέτουν επίσης ολοκληρωμένα προγράμματα υποστήριξης.

6) Ασφάλεια

Η χρήση αέριου υδρογόνου σε οχήματα, είναι ασφαλής και δεν είναι πιο επικίνδυνη από άλλα καύσιμα ή μπαταρίες αυτοκινήτων. Οι δεξαμενές υδρογόνου δεν ενέχουν αυξημένο κίνδυνο έκρηξης. Είναι αλήθεια ότι το H2 καίγεται σε συνδυασμό με οξυγόνο και ότι ένα μείγμα των δύο πέρα ​​από μια συγκεκριμένη αναλογία είναι εκρηκτικό. Αλλά το υδρογόνο, είναι περίπου 14 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα και συνεπώς εξαιρετικά… αέρινο. Για παράδειγμα, οποιοδήποτε H2 που διαφεύγει από τη δεξαμενή του οχήματος θα εξατμιστεί γρηγορότερα, πριν κάνει αντίδραση με το οξυγόνο του περιβάλλοντος. Σε μια δοκιμή πυρκαγιάς, που πραγματοποιήθηκε σε αυτοκίνητο κυψελών καυσίμου, από Αμερικανούς ερευνητές το 2003, υπήρξε φλόγα, αλλά γρήγορα εξαφανίστηκε και το όχημα παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό άθικτο.

7) Συγχρονισμός

Η παραγωγή υδρογόνου είναι μια αποδεδειγμένη και τεχνολογικά απλή διαδικασία. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να αυξηθεί γρήγορα για να καλύψει υψηλότερη ζήτηση. Επιπλέον, οι κυψέλες καυσίμου έχουν πλέον φτάσει στην απαραίτητη τεχνολογική ωριμότητα για την εμπορευματοποίησή τους και την ευρεία χρήση τους. Σύμφωνα με το Συμβούλιο Υδρογόνου, η οικονομία του υδρογόνου μπορεί να γίνει ανταγωνιστική τα επόμενα δέκα χρόνια, με την προϋπόθεση ότι υπάρχουν επαρκείς επενδύσεις και πολιτική βούληση.