|
|
 |
Στέρεη πρόοδος
|
|
|
|
|
|
|
Οι αυτοκινητιστές αναμένουν από τα οχήματά τους αυτονομία κίνησης της τάξεως των 500 χιλιομέτρων, τουλάχιστον. Αυτό ναι μεν δεν συνιστά πρόβλημα για τα συμβατικά αυτοκίνητα που καταναλώνουν βενζίνη ή ντίζελ, αποτελεί ωστόσο πραγματικό οδόφραγμα στην πορεία προς τα καθαρά, υδρογονοκίνητα οχήματα του μέλλοντος [βλ. Steven Ashley, «Αυτοκίνητα με κυψέλες καυσίμου», Scientific American - Ελληνική Έκδοση, Απρίλιος 2005]. Παρά τις σημαντικές προσπάθειες που καταβάλλονται, οι μηχανικοί δεν έχουν ώς τώρα καταφέρει να βρουν τρόπο αποθήκευσης αρκετά μεγάλων ποσοτήτων υδρογόνου ―το στοιχείο με τη μικρότερη πυκνότητα στο Σύμπαν― μέσα σε ένα όχημα.
Μέσω των συμβατικών προσεγγίσεων για τη συμπαγή αποθήκευση υδρογόνου ―της συμπίεσης του αερίου έως τα 10.000 psi (680 atm) ή της ψύξης του μέχρις υγροποιήσεως σε κρυγονικές θερμοκρασίες (γύρω στους -252 βαθμούς Κελσίου)― επιτυγχάνεται μόνο η μισή περίπου πυκνότητα ενέργειας που απαιτείται για την αποθήκευση επαρκών ποσοτήτων καυσίμου στο εσωτερικό ενός χώρου διαστάσεων ντεπόζιτου βενζίνης. Λίγα χρόνια πριν, οι ερευνητές πίστευαν ότι το υδρογόνο θα μπορούσε να εξαχθεί χημικά εντός του οχήματος από υγρούς υδρογονάνθρακες όπως η μεθανόλη, ωστόσο τα σχέδια αυτά δεν ευοδώθηκαν. Έκτοτε, οι λύσεις στο πρόβλημα αποθήκευσης αποδεικνύονταν πάντοτε ελλιπείς, παρά τα μακροχρόνια ερευνητικά προγράμματα της General Motors, της Toyota, της BMW και άλλων αυτοκινητοβιομηχανιών. Ωστόσο, πρόσφατα άρχισαν να αναφαίνονται σημάδια προόδου. Επιστήμονες της GM και του εταίρου της, των εργαστηρίων HRL στο Μαλιμπού της Καλιφόρνιας, αναφέρουν ότι σημείωσαν πρόοδο αναφορικά με δύο τεχνολογίες αποθήκευσης υδρογόνου ―την κρυοπροσρόφηση και τα αποσταθεροποιημένα σύμπλοκα υδριδίων μετάλλου.
Η κρυοπροσρόφηση κατατάσσεται μεταξύ της αποθηκευτικής μεθόδου της συμπίεσης και της αποθήκευσης σε χαμηλή θερμοκρασία. Στηρίζεται στην προσκόλληση του αερίου σε υλικά με ευμεγέθεις επιφάνειες, εξηγεί ο James Spearot, ο οποίος διευθύνει τις ερευνητικές προσπάθειες της GM για την αποθήκευση υδρογόνου. Στην αρχή, ο μηχανικοί μειώνουν τον όγκο του αερίου ψύχοντάς το μέχρι τη θερμοκρασία υγροποίησης του αζώτου (-196 βαθμοί Κελσίου), η οποία επιτυγχάνεται ευκολότερα από εκείνη της υγροποίησης του υδρογόνου. «Στη συνέχεια, το συμπιέζουμε μόνο ώς τα 1.000 psi, οπότε λαμβάνει χώρα φυσική προσρόφηση του υδρογόνου στις κοιλότητες και τις σχισμές του υλικού» εξηγεί ο Spearot. Το κλασικό υλικό μεγάλης επιφάνειας που χρησιμοποιείται είναι ο κονιοποιημένος ενεργός άνθρακας, ωστόσο οι προοπτικές άλλων συνθετικών ουσιών ίσως είναι καλύτερες
―σε αυτές συγκαταλέγονται πολυμερή με υψηλό πορώδες και υλικά κατασκευασμένα από μεταλλοοργανικούς μοριακούς «κλωβούς»― υδρογονανθρακικά πλαίσια στα οποία εγκλείονται άτομα μετάλλων.
Η άλλη ανακοίνωση της GM αφορούσε τις βελτιώσεις που επιτεύχθηκαν στην τεχνολογία υδριδίων μετάλλου, στην οποία το υδρογόνο δεσμεύεται από ελαφρά μεταλλικά στοιχεία. Με τη θέρμανση, αυτά τα κονιορτοποιημένα υδρίδια μετάλλου διασπώνται εκλύοντας το αέριο υδρογόνο. Ωστόσο, οι απαιτούμενες θερμοκρασίες είναι υψηλές, διότι τα άτομα των μετάλλων δεσμεύουν το υδρογόνο μέσω ισχυρών ομοιοπολικών δεσμών. Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές πέτυχαν καλύτερα αποτελέσματα με ενώσεις όπως το βοριοϋδρίδιο του λιθίου, ένα υδρίδιο στο οποίο τα άτομα του μετάλλου σχηματίζουν ασθενέστερους, ιοντικούς δεσμούς με ομάδες ατόμων υδρογόνου.
Πέρυσι, μια ομάδα υπό τον John Vajo, των εργαστηρίων HRL, πέτυχε σημαντική μείωση της θερμοκρασίας διάσπασης προσθέτοντας ουσίες όπως το πυρίτιο σε συστήματα σύμπλοκων υδριδίων μετάλλου. Τέτοιου είδους πρόσθετα λειτουργούν ως αποσταθεροποιητικοί παράγοντες. «Ουσιαστικά, το μέταλλο και ο αποσταθεροποιητής ενώνονται κατά προτίμηση και εκτοπίζουν το υδρογόνο» εξηγεί η Leslie Monoda, διευθύντρια του εργαστηρίου αισθητήρων και υλικών στα εργαστήρια HRL. Η χρήση του υδριδίου του μαγνησίου ως αποσταθεροποιητή του βοριοϋδριδίου του λιθίου, για παράδειγμα, οδηγεί στη μείωση της θερμοκρασίας έκλυσης από τους 400 στους 275 βαθμούς Κελσίου. Επιπλέον, το υδρίδιο μπορεί να αποθηκεύσει ποσότητες υδρογόνου που αντιστοιχούν στο 9% του βάρους του, ξεπερνώντας τον συχνά αναφερόμενο στόχο τού 6,5%. Η Monoda ελπίζει ότι οι επιστήμονες των εργαστηρίων HRL θα καταφέρουν τελικά να ταυτοποιήσουν μια ένωση που να εμφανίζει επαρκή ικανότητα προσρόφησης ώστε να απελευθερώνει υδρογόνο στους 150 βαθμούς Κελσίου ή και ακόμα χαμηλότερα. Η Monoda παραδέχεται, ωστόσο, ότι ο ρυθμός προσρόφησης υδρογόνου είναι ακόμα πολύ χαμηλός, αφού τα τρέχοντα υλικά μπορεί να χρειάζονται ακόμα και μισή ώρα για να ξαναγεμίσουν.
Η ανεύρεση ενός πρακτικού τρόπου αποθήκευσης εντός του οχήματος αποτελεί ωστόσο μόνο τη μία από τις δύο προϋποθέσεις επιτυχίας της οικονομίας υδρογόνου. Η άλλη είναι η δημιουργία ενός μεγάλης κλίμακας δικτύου διανομής και ανεφοδιασμού με υδρογόνο. Προς το παρόν, οι σταθμοί ανεφοδιασμού με καύσιμο υδρογόνο είναι δυσεύρετοι. Αυτή τη στιγμή, σε ολόκληρο τον κόσμο λειτουργούν περίπου 70 μονάδες ανεφοδιασμού (24 στις ΗΠΑ, 24 στην Ευρώπη, 12 στην Ιαπωνία και 10 σε άλλες χώρες.) Σύμφωνα με μια μελέτη τής GM, εκτιμάται ότι απαιτούνται 10 με 15 δισεκατομμύρια δολάρια για την κατασκευή 11.000 νέων σταθμών ανεφοδιασμού ―αριθμός ο οποίος διασφαλίζει ότι στις μεγάλες αστικές περιοχές των ΗΠΑ οι οδηγοί θα βρίσκονται πάντα σε απόσταση 3,5 χιλιομέτρων από τον επόμενο σταθμό, ενώ στις κύριες εθνικές οδούς η απόσταση θα είναι 40 χιλιόμετρα. Ευτυχώς, η επίλυση του δεύτερου αυτού ζητήματος δεν απαιτεί τεχνολογικές καινοτομίες, αλλά λεφτά με τη σέσουλα.
|
|
|
|
|
|
