ΚΥΨΕΛΕΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Η ΛΥΣΗ ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΡΙΣΗ.

Υδρογόνο· σε κυψέλες ή κυλίνδρους;
Εδώ και καιρό οι μεγαλύτεροι κατασκευαστές αυτοκινήτων εξελίσσουν κινητήρια σύνολα που χρησιμοποιούν ως καύσιμη ύλη το υδρογόνο. Ας υποθέσουμε πως το υδρογόνο είναι το καύσιμο του μέλλοντος υπερκεράζοντας τα τωρινά ζητήματα της ενεργοβόρας παραγωγής του και του ασύμφορου κόστους. Που θα χρησιμοποιείται το υδρογόνο; Σε κυψέλες καυσίμου (PEM ή Proton Exchange Membrane) ή σε κινητήρες εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ);
Η2· σε κυλίνδρους…

Ο σημαντικότερος λόγος που εταιρίες, όπως η BMW, επιμένουν στους ΜΕΚ που καταναλώνουν υδρογόνο είναι πως η τεχνολογία ήδη υπάρχει χωρίς να απαιτούνται τεράστια κονδύλια αλλαγής στις γραμμές παραγωγής. Χονδρικά, ένας ΜΕΚ μπορεί να λειτουργεί με υδρογόνο με τις κατάλληλες αλλαγές στο σύστημα ψεκασμού, στο σύστημα τροφοδοσίας και αποθήκευσης. Σε σχέση με την βενζίνη και το πετρέλαιο, το υδρογόνο αναφλέγεται πολύ πιο γρήγορα οπότε απαιτείται και νέα χαρτογράφηση της ανάφλεξης.

bmw-hydrogen-2_resizeΜεταξύ άλλων, οι Ford και ΒΜW έχουν παρουσιάσει αξιόλογους ΜΕΚ υδρογόνου αλλά οι Γερμανοί έχουν προχωρήσει ένα βήμα παραπέρα καθώς οι κινητήρες τους λειτουργούν ακόμη και με υδρογόνο σε υγροποιημένη μορφή (πολύ υψηλότερη πίεση). Μάλιστα, υπάρχουν 100 πρωτότυπα μοντέλα της σειράς 7 που κινούνται είτε με υδρογόνο, είτε με αμόλυβδη (κάτι περίπου με τα Fiat CNG που κινούνται εναλλακτικά με φυσικό αέριο ή αμόλυβδη).

mazda-wankel-hydrogen-1_resizeΑπό το 2003 που είχε παρουσιάσει στο Τόκιο το RX8 Hydrogen, η Mazda πειραματίζεται με το υδρογόνο στον Wankel αντί σε εμβολοφόρο ΜΕΚ. To αξιοσημείωτο είναι πως ο Wankel τα πάει καλύτερα με το υδρογόνο για διαφόρους λόγους. Ο σημαντικότερος από αυτούς είναι πως η εισαγωγή, η καύση και η εξαγωγή πραγματοποιείται κάθε φορά σε ξεχωριστούς θαλάμους αποφεύγοντας προβλήματα υπερθέρμανσης (που εμφανίζονται στις βαλβίδες των παλινδρομικών). Η υπερθέρμανση συμβαίνει διότι το υδρογόνο είναι πολύ πιο εύφλεκτο αφού η ανάφλεξη του «τρέχει» περίπου 7 φορές πιο γρήγορα από την βενζίνη. Η καύση υδρογόνου δίνει μηδενικές εκπομπές CO2 και λίγα οξείδια του αζώτου.

bmw-hydrogen-1_resizeΥπάρχει και ένα άλλο ζήτημα με το υδρογόνο στους ΜΕΚ, αυτό της απόδοσης. Ενώ το υδρογόνο έχει μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από την αμόλυβδη (143MJ/kg αντί 46,4) ο στοιχειομετρικός όγκος είναι πολύ μικρότερος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα όταν η αμόλυβδη έχει ενεργειακή πυκνότητα 34,2 MJ/L το υγροποιημένο υδρογόνο να αγγίζει τα 10,1 MJ/L και το αέριο συμπιεσμένο υδρογόνο (στα 700 bar) μόλις τα 5,6 MJ/L. Πως μεταφράζεται αυτό; Σε μικρότερο έργο, ειδικά στο αέριο υδρογόνο. Σε παλιότερες εφαρμογές η Ford το έχει χρησιμοποιήσει σε V10 κινητήρα και να βελτιώσει την ισχύ υιοθέτησε μηχανικό υπερσυμπιεστή. Στο RX8 το υδρογόνο αποθηκεύεται σε υγρή μορφή και ο Wankel των 1.308 κ.εκ. αποδίδει 109 ίππους, είτε με υδρογόνο είτε με βενζίνη.

Η Ford είναι μια από τις εταιρίες που μελετά και τις δύο λύσεις. Οι BMW και Mazda επιμένουν στους ΜΕΚ που καίνε υδρογόνο αλλά η πλειοψηφία της αυτοκινητοβιομηχανίας έχει δώσει εδώ και καιρό προτεραιότητα στις PEM (με τις ευλογίες της κυβέρνησης Bush). Ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα fuel cell αυτοκινήτου είναι το Honda FCX Clarity.

Η2· σε κυψέλες…

Τα γεγονότα συγκλίνουν πως οι κυψέλες είναι ο επικρατέστερος τρόπος για να χρησιμοποιηθεί το υδρογόνο ως καύσιμο. Η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται σε μία διαδικασία που είναι αντίστροφη της ηλεκτρόλυσης αφού ο συνδυασμός υδρογόνου και οξυγόνου υπό την παρουσία ενός καταλυτικού στοιχείου αποδίδει ηλεκτρική ενέργεια. Το μόνο που παράγεται είναι υδρατμοί.

photo_media_en_11819_hd_ren2006technoΟι κυψέλες έχουν σημαντικά μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης που φτάνει το 70% ενώ το βασικό πρόβλημα αφορά στο κόστος τους αφού μέχρι τώρα δεν υπάρχει γραμμή παραγωγής (κάθε μία από τα fuel cell αυτοκίνητα φτιάχνεται μέχρι τώρα προσεκτικά στο «χέρι»). Ωστόσο, το ζήτημα αυτό σύντομα θα επιλυθεί και το επόμενο κόστος που θα πρέπει να μειωθεί είναι των καταλυτικών στοιχείων που είναι επενδυμένα με πλατίνα. Οι περισσότεροι κατασκευαστές δεν δίνουν πληροφορίες για λόγους ανταγωνισμού αλλά γνωρίζουμε πως το Chevrolet Equinox διαθέτει 80 γραμμάρια πλατίνας στην 4η γενιά κυψελών. Η νέα, 5η γενιά, της GM περιέχει περίπου 30 γραμμάρια πλατίνας και στο μέλλον αναμένεται να περιοριστεί στα 10 γραμμάρια.

Το σημαντικότερο όλων όμως που τίθεται ως ζήτημα είναι η διάρκεια ζωής των κυψελών οι οποίες είναι επιρρεπείς στην δηλητηρίαση από τυχόν «ακαθαρσίες» στον αέρα και στο υδρογόνο. Στης νέας γενιάς κυψέλες οι καταλύτες είναι πιο ανθεκτικοί. Επίσης, οι παραγόμενοι υδρατμοί θα πρέπει να απάγονται τάχιστα από τις κυψέλες, ειδικά κατά τις ψυχρές περιόδους. Η GM ισχυρίζεται πως σταδιακά βελτιώνει τα εν λόγω ζητήματα καθώς η νέα γενιά κυψελών μπορεί να λειτουργεί σε θερμοκρασίες -34 οC ενώ η αντοχή τους ξεπερνά τα 130.000 χλμ.

B-Klasse F-CellΑπό την άλλη έχουμε το εξής θέμα. Η παραγωγή υδρογόνου με την μέθοδο της ηλεκτρόλυσης, της συμπίεσης και της αποθήκευσης του ρίχνει την συνδυασμένη απόδοσή του στο 24%. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρίες (BEV) εμφανίζουν απόδοση έως και 85%, αναμένεται να είναι σχετικά φτηνά και δεν απαιτούν ξεχωριστό δίκτυο ανεφοδιασμού αφού τροφοδοτούνται με σπιτικό ρεύμα. Το μόνο βασικό πρόβλημα που τίθεται είναι η αυτονομία τους και ο χρόνος επαναφόρτισης.