Η υδρογονοκίνηση και το μέλλον της αυτοκίνησης

Το 2008 η υδρογονοκίνηση δεν ήταν διαδεδομένη. Όμως, το Honda FCX Clarity FCEV θέτει σε λειτουργία τον σταθμό υδρογόνου στο Torrance της Καλιφόρνια. Εκείνη την εποχή, ήταν ο πρώτος εμπορικός σταθμός στις ΗΠΑ, αλλά σήμερα υπάρχουν 47, η συντριπτική πλειονότητα των οποίων βρίσκεται στην Καλιφόρνια.

Όσον αφορά τον τρόπο οδήγησης, τα ηλεκτρικά οχήματα με κυψέλες καυσίμου, που μερικές φορές συντομογραφούνται ως FCEV, λειτουργούν ακριβώς όπως τα κανονικά ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία (BEV). Οι ηλεκτρικοί κινητήρες παρέχουν ισχύ στους τροχούς και δεν υπάρχει καθόλου κινητήρας εσωτερικής καύσης.

Ο σημαντικός ρόλος και το μέλλον του υδρογόνου στη μείωση των εκπομπών ρύπων

Η Honda, η Hyundai και η Toyota προσφέρουν τώρα πρακτικά FCEV για αγορά ή μίσθωση, τα οποία ωστόσο εξακολουθούν να εντάσσονται σε μια αναδυόμενη τεχνολογία.

Οι αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν δεσμευτεί να επεκτείνουν τόσο τη διαθεσιμότητα της ισχύος υδρογόνου, όσο και τη σειρά των οχημάτων που το χρησιμοποιούν, οπότε ολοένα και περισσότερα FCEV βρίσκονται σε διαδικασία εξέλιξης.

Πώς λειτουργεί ένα όχημα κυψελών καύσιμου υδρογόνου;

Το “Fuel cell” είναι στην πραγματικότητα ένα λάθος όνομα. Στην πραγματικότητα, κάθε FCEV χρησιμοποιεί αρκετές εκατοντάδες κυψέλες καυσίμου. Μεμονωμένα δεν παράγουν μεγάλη ισχύ, οπότε ένας μεγάλος αριθμός συνδυάζεται, προκειμένου να δημιουργηθεί αυτό που ονομάζουμε ως “συστοιχία”.

Μέσα στη συστοιχία κυψελών καυσίμου, συμπιεσμένο αέριο υδρογόνου και οξυγόνου διοχετεύονται μέσω ενός ηλεκτροχημικού καταλύτη. Ο καταλύτης απογυμνώνει τα ηλεκτρόνια από τα άτομα υδρογόνου. Τα ηλεκτρόνια συλλέγονται στη συστοιχία και απελευθερώνονται, ώστε να ρέουν μέσω κατάλληλης καλωδίωσης και να τροφοδοτούν εν τελεί τον ηλεκτρικό κινητήρα του οχήματος. Μια μικρή μπαταρία ιόντων λιθίου αποθηκεύει την πλεονάζουσα ισχύ έως ότου χρειαστεί, για παράδειγμα μια μια γρήγορη επιτάχυνση.

Ο συνδυασμός υδρογόνου και οξυγόνου σχηματίζει νερό, το οποίο χρησιμοποιείται για την ψύξη της συστοιχίας κυψελών καυσίμου. Το μεγαλύτερο μέρος του νερού μετατρέπεται σε ατμό και υδρατμούς που είναι και οι μόνες εκπομπές του όλου συστήματος κίνησης.

Τα συν και τα πλην του υδρογόνου ως πηγή καυσίμου

Η υδρογονοκίνηση δεν είναι η μόνη πηγή καυσίμου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί με αυτόν τον τρόπο, αλλά έχει επικρατήσει επειδή είναι εύκολο να αποσπαστούν τα ηλεκτρόνια του και επειδή πρόκειται για ένα από τα πιο κοινά στοιχεία στον πλανήτη.

Ωστόσο, σπάνια υπάρχει σε καθαρή μορφή. Το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου που χρησιμοποιείται στις ΗΠΑ παράγεται με διάσπαση του φυσικού αερίου, μια διαδικασία που απαιτεί πολλή ηλεκτρική ενέργεια και παράγει σημαντικές ποσότητες αερίων του θερμοκηπίου.

Πολλές μελέτες από ανεξάρτητες ομάδες και οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένου του Εθνικού Εργαστηρίου Argonne, έδειξαν, ωστόσο, ότι οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις της παραγωγής και χρήσης υδρογόνου για οχήματα κυψελών καυσίμου, ενώ είναι μεγαλύτερες από τη χρήση ηλεκτρικού δικτύου για την τροφοδοσία ηλεκτρικών στηλών μπαταριών, είναι λιγότερο επιβλαβείς από την παραγωγή και την καύση ορυκτών καυσίμων.

Το υδρογόνο μπορεί, επίσης, να παραχθεί χρησιμοποιώντας πιο πράσινες μεθόδους, όπως η αιολική και ηλιακή ενέργεια ή η διάσπαση των φυτικών υλικών, αλλά οι διαδικασίες αυτές απαιτούν περισσότερο χρόνο και κόστος.

Ακούγεται σαν μια ιδανική πηγή ισχύος χαμηλών εκπομπών, αλλά η πραγματικότητα είναι λίγο πιο περίπλοκη.

Το υδρογόνο είναι ένα ισχυρό στοιχείο, αλλά είναι επίσης δύσκολο να αποθηκευτεί και είναι ακριβό στην παραγωγή.

Η ιστορία των οχημάτων κυψελών καυσίμου

Η τεχνολογία κυψελών καυσίμου ξεκινά από τότε που ο Άγγλος εφευρέτης Sir William Grove δημιούργησε το πρώτο λειτουργικό κύτταρο υδρογόνου το 1842. Χρειάστηκαν όμως γενιές ανάπτυξης στην ηλεκτρονική και την επιστήμη της μπαταρίας για να κατορθώσουν να το μεταφέρουν στη λειτουργία του αυτοκινήτου.

Το 1966, η General Motors δημιούργησε το πρώτο επιβατικό όχημα με κινητήρα κυψελών καυσίμου, το GM Electrovan. Διέθετε μόνο δύο θέσεις, επειδή το σύστημα κυψελών καυσίμου καταλάμβανε σχεδόν ολόκληρη την περιοχή των επιβατών.

Το έργο εγκαταλείφθηκε λόγω του αυξημένου κόστους, της πολυπλοκότητας και της έλλειψης διαθέσιμης τροφοδοσίας καυσίμων.

Οι αυτοκινητοβιομηχανίες δεν επέστρεψαν ξανά στην ιδέα της ισχύος υδρογόνου μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1990, με την BMW να πρωτοστατεί σε αυτή την… υδρογονοκίνηση.

Αντί για ηλεκτρικό όχημα κυψελών καυσίμου, η γερμανική εταιρεία προσπάθησε να χρησιμοποιήσει υγροποιημένο υδρογόνο σε έναν κανονικό κινητήρα εσωτερικής καύσης, έναν V-12. Μετά από μια δεκαετία δοκιμής με αυτά τα τροποποιημένα sedan 7 Series, αυτό το πείραμα, επίσης, εγκαταλείφθηκε.

Η δυσκολία για την υδρογονοκίνηση στον πραγματικό κόσμο

Το υγροποιημένο υδρογόνο υπογράμμισε επίσης το πόσο δύσκολο θα ήταν να υποστηρίξει τέτοιου είδους οχήματα στον πραγματικό κόσμο. Απαιτεί εξαιρετικά ακριβά κρυογονικά συστήματα, καταψύκτες και δεξαμενές αποθήκευσης, καθώς και αυτοματοποιημένα συστήματα για την προστασία των οδηγών.

Η υπόλοιπη βιομηχανία επικεντρώθηκε στην προσέγγιση κυψελών καυσίμου υδρογόνου.

Η ακόμα ενεργή εταιρική σχέση California Fuel Cell Partnership δημιουργήθηκε το 1999 για να διευκολύνει τις δοκιμές και την ανάπτυξη των FCEV και οι περισσότερες μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες ήταν μέρος της κάποτε, αλλά μέχρι σήμερα μόνο τρεις έχουν καταφέρει να δημιουργήσουν μοντέλα κυψελών καυσίμου που βρίσκονται στην αγορά.

Πρακτικές προκλήσεις για την υδρογονοκίνηση

Το κόστος των οχημάτων είναι ένας παράγοντας ο οποίος προκαλεί την περιορισμένη τους δημοτικότητα, αλλά ο κύριος λόγος της περιορισμένης τους διαθεσιμότητας είναι η έλλειψη σταθμών τροφοδοσίας υδρογόνου για να τα κρατήσει σε λειτουργία.

Επειδή υπάρχει τόσο μικρή αγορά, οι οικονομίες κλίμακας για την παραγωγή καυσίμου υδρογόνου δεν έχουν ακόμη αναπτυχθεί. Το τρέχον κόστος των καυσίμων υδρογόνου είναι αρκετά υψηλό.

Επιτάχυνση του εξηλεκτρισμού των αυτοκινήτων σχεδιάζει η ΕΕ

Για χρήση ως πηγή καυσίμου, το αέριο υδρογόνο συμπιέζεται και ψύχεται πριν αντληθεί σε δεξαμενές καυσίμου ενισχυμένες με ίνες άνθρακα. Οι σημερινοί διανεμητές υδρογόνου μοιάζουν πολύ με τις παραδοσιακές αντλίες βενζίνης, με εξαίρεση τον παχύ εύκαμπτο σωλήνα και το ειδικό ακροφύσιο που δημιουργεί μια αεροστεγή σφράγιση όταν εφαρμόζει στην είσοδο των καυσίμων του οχήματος.

Το κόστος των καυσίμων υδρογόνου αναμένεται να μειωθεί εάν αυξηθεί η ζήτηση

Το κόστος είναι πιθανό να μειωθεί, ενώ οι κυψέλες καυσίμου θα εξακολουθούν να αγωνίζονται να διεισδύσουν στην αρένα των επιβατικών οχημάτων και θα έχουν υιοθετηθεί ως ένα βιώσιμο σύστημα ισχύος για εμπορικά φορτηγά μεγάλων αποστάσεων.

Οι κατασκευαστές φορτηγών κυψελών καυσίμου, όπως η Hyundai και η νεοσύστατη Nikola Motors, λένε ότι ήδη έχουν παραγγελίες για αρκετές χιλιάδες οχήματα.

Στη δεκαετία του 1960, το καύσιμο ντίζελ βρισκόταν κυρίως σε στάσεις φορτηγών, αλλά καθώς τα εμπορικά φορτηγά μεταφέρθηκαν στο diesel, η διαθεσιμότητά του έγινε ευρέως διαδεδομένη. Το ίδιο μπορεί να συμβεί με το υδρογόνο.