ΟΙ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ ΣΤΟ ΔΡΟΜΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΑΣΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

Μέρος πρώτο: Η αντιπαράθεση για την κλιματική αλλαγή και το υδρογόνο

Από Δημήτρη Κ. Κωνσταντινίδη, Δρα Οικονομικής Γεωλογίας

Εισαγωγή

Όσο περισσότερο μελετώ και μαθαίνω καλύτερα τα δεδομένα της φύσης, τόσο πιο πολύ αντιλαμβάνομαι με πόση ταχύτητα τρέχει μπροστά από εμάς και πως η ανθρωπότητα αργεί να αντιληφθεί τα μέσα που μας προσφέρει, έτσι ώστε να τα εκμεταλλευθεί και, με τα κατάλληλα εργαλεία, να την αντιμετωπίσει «όταν αυτή αγριεύει». Τι εννοώ;

Ø Το υδρογόνο πρωτοεμφανίστηκε στη σημερινή του μορφή πριν από δύο περίπου δισεκατομμύρια χρόνια. Ωστόσο, ο άνθρωπος αντιλήφθηκε πως το πιο διαδιδομένο στοιχείο του πλανήτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο μόλις το 1839, όταν ο Sir William Grove έφτιαξε ένα μηχανισμό για μετατροπή του υδρογόνου και οξυγόνου σε νερό, με ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας. Και ύστερα πέρασαν πάνω από 100 χρόνια για την περαιτέρω συστηματική έρευνα των κυψελών καυσίμου υδρογόνου, που ξεκίνησε μόλις τη δεκαετία του 1960, όταν η NASA τις χρησιμοποίησε σε διαστημικά σκάφη των προγραμμάτων Gemini και Απόλλων, ως φθηνότερη λύση από την ηλιακή ενέργεια.

Ø Μολονότι η αρχαιότερη μορφή εκμετάλλευσης του ανέμου ήταν τα πανιά των πρώτων ιστιοφόρων στη θάλασσα και πολύ αργότερα οι ανεμόμυλοι στην ξηρά, εντούτοις μόλις το 1887 κατασκευάστηκε η πρώτη ανεμογεννήτρια παραγωγής ρεύματος, που εφευρέθηκε από τον Καθ. James Blyth στο Marykirk της Κορνουάλης και η οποία ήταν μία μηχανή φόρτισης μπαταριών. Και πάλι πέρασαν περίπου 100 χρόνια για να προχωρήσουμε σε συστηματικότερη κατασκευή ανεμογεννητριών και αιολικών πάρκων.

Ø Σε αντίθεση με το υδρογόνο και τον αέρα, η χρήση της ηλιακής ενέργειας έγινε αντιληπτή από τον άνθρωπο νωρίτερα, αφού το πρώτο πράγμα που χαρακτηρίζει τον ήλιο είναι η ζέστη και το φως που εκπέμπει. Εκτός από την ηλιοθεραπεία (με την ευρύτερη έννοια του όρου), χρησιμοποιήθηκε ήδη τον 3^ο αιώνα π.Χ. από τους Έλληνες και τους Ρωμαίους ως ηλιακή ενέργεια για φωτισμό στις θρησκευτικές τελετές με τη βοήθεια καθρεφτών. Όμως, η αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας για την παραγωγή ηλεκτρισμού άρχισε, με θερμικές και φωτοβολταϊκές εφαρμογές, μόλις τον 20^ο αιώνα μ.Χ.!!

Σήμερα, η χρήση του υδρογόνου, της αιολικής και της ηλιακής ενέργειας, της βιομάζας, κτλ. δηλαδή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ), είναι ήδη αρκετά διαδεδομένη. Η αιολική και η ηλιακή ενέργεια από μόνες τους έφτασαν στο 21% της συνολικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στην Ευρώπη των 27 στο πρώτο εξάμηνο του 2020 και αυτό για πρώτη φορά στην ιστορία της. Ακόμη μεγαλύτερη διείσδυση της πράσινης ενέργειας υπήρξε στη Δανία (64%), στην Ιρλανδία (49%) και στη Γερμανία (42%)[i].

Όλες οι πιο πάνω μορφές ενέργειας στο σύνολο τους είναι πρακτικά ανεξάντλητες, αφού προέρχονται από τον ήλιο και την ατμόσφαιρα που μας περιβάλλει ή από αναρίθμητα βιολογικά απόβλητα και, ως εκ τούτου, δεν υπάρχουν περιορισμοί χώρου και χρόνου για την εκμετάλλευσή τους.

Χρησιμοποιώντας κάπως λογοτεχνική γλώσσα, θα τολμούσα να πω ότι, με την κλιματική αλλαγή, η φύση μας συμπεριφέρεται σαν γυναίκα για να τη προσέξουμε περισσότερο.

Η αντιπαράθεση για την κλιματική αλλαγή

Η αντιπαράθεση για την κλιματική αλλαγή ανάμεσα στους οικολόγους-περιβαλλοντιστές και τμήματος της επιστημονικής κοινότητας προκαλεί θλίψη, γιατί τις περισσότερες φορές προέρχεται από ανταγωνισμούς με κριτήριο τα συμφέροντα ή προσωπικές φιλοδοξίες. Πολύ συχνά η συζήτηση ξεκινά με την ερώτηση «πιστεύετε στην υπερθέρμανση του πλανήτη»; Η υπερθέρμανση του πλανήτη και η κλιματική αλλαγή δεν είναι θρησκευτικό ζήτημα. Η γνώση μας για την αλλαγή του κλίματος βασίζεται σε επιστημονικές μεθόδους, οι οποίες χρησιμοποιούν τα δεδομένα, τη θεωρία και τον έλεγχο για την προώθηση των γνώσεων μας. Η επιστήμη δεν είναι δημοκρατία για να ψηφίζουμε ποιος θα κερδίσει. Οι διάφορες υποθέσεις απορρίπτονται ή γίνονται αποδεκτές με βάση τις θεωρητικές αρχές παρατήρησης, τις δοκιμές και τις μετρήσεις. Η εποικοδομητική κριτική και ο λογικός σκεπτικισμός πρέπει να ενσωματώνονται στην επιστημονική διαδικασία, όπου ο καθένας έχει πρόσβαση.

Η γεωλογική ιστορία του πλανήτη

Στη γεωλογική ιστορία της Γης, που αριθμεί τουλάχιστο 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, φαινόμενα όπως αυτά που ζούμε στις μέρες μας, συνέβησαν κατ' επανάληψη. Οι θερμοκρασίες αυξάνονταν και μειώνονταν συνεχώς. Η αλλαγή του κλίματος προκαλείται από διάφορες δυνάμεις, όπως οι ηφαιστειακές εκρήξεις, η μεταβαλλόμενη θέση των ηπείρων και ωκεανών, οι αλλαγές των ρευμάτων των ωκεανών, οι αυξομειώσεις στα επίπεδα των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, οι αλλαγές της έντασης του Ήλιου και οι διακυμάνσεις στην τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο. Επικεφαλής των όσων υποστηρίζουν ότι «όλα οφείλονται στη συμπεριφορά της Φύσης» βρίσκεται ο καλός μου φίλος Καθ. Ian Plimer, ομότιμος καθηγητής γεωεπιστημών στο Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, που σε σειρά βιβλίων του παραθέτει όλα τα γεωεπιστημονικά δεδομένα που αποδεικνύουν ότι η σημερινή αύξηση της θερμοκρασίας αποτελεί ένα απλό κύκλο από τους πολλούς που εμφανίστηκαν στην ιστορία της Γης στο παρελθόν. [ii]

Τα πιο πάνω, όμως, δεν γίνονται αποδεκτά από τους οικολόγους-περιβαλλοντιστές, οι οποίοι επιμένουν ότι όλα προκαλούνται αποκλειστικά από την «καπιταλιστική εκβιομηχάνιση».

Απότομες και υπερβολικές κλιματικές αλλαγές

Σήμερα αυτό που προβληματίζει την ανθρωπότητα είναι οι απότομες και υπερβολικές κλιματικές αλλαγές που παρατηρούμε τα τελευταία χρόνια, κυρίως η απότομη υπερθέρμανση του πλανήτη. Οι περισσότεροι επιστήμονες συγκλίνουν στο γεγονός ότι αυτή ενισχύεται από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η καύση ορυκτών καυσίμων για την παραγωγή ενέργειας και η αποψίλωση των δασών, ως αποτέλεσμα της οποίας είναι η ανεπαρκής απορρόφηση από τα τροπικά δάση του περίσσιου διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων θερμοκηπίου.

Είναι, επίσης, εντυπωσιακό ότι οι αλλαγές, που στο παρελθόν έπαιρναν εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια, τώρα συμβαίνουν σε κάποιες δεκαετίες. Οι παγκόσμιες θερμοκρασίες είναι στο υψηλότερο σημείο από τότε που ξεκίνησαν να φυλάσσονται αρχεία. Στην πραγματικότητα, 17 από τα 18 θερμότερα χρόνια εμφανίζονται από το 2001 μέχρι σήμερα (Εικ. 1). To ίδιο συμβαίνει στην Ανταρκτική, όπου η τήξη του πάγου έχει επίσης επιταχυνθεί δραματικά: από 48 γιγατόνους την περίοδο 1979-2001 σε 134 το 2001-2017.

Εικ. 1: Η σημαντική μέση αύξηση της θερμοκρασίας κυρίως από το 1980 μέχρι σήμερα. Πηγή[iii]

Ανεξάρτητα πάντως από τους λόγους για τους οποίους φθάσαμε στη σημερινή κατάσταση, υπάρχει άμεση ανάγκη να αφεθεί κατά μέρος η ατέρμονη αντιπαράθεση και να ενωθούν οι γνώσεις και οι δυνάμεις όλων των εμπλεκομένων για ένα καλύτερο αύριο, που πρακτικά σημαίνει να φθάσουμε στην κλιματική ουδετερότητα μέχρι το 2050, όπως αυτό υιοθετήθηκε από την παγκόσμια κοινότητα στη Συμφωνία των Παρισίων[iv] και από την ΕΕ στην Ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία[v]. Να δεχτούμε, με άλλα λόγια, ότι αφενός υπάρχει και ανθρωπογενής αιτία στην κλιματική αλλαγή και αφετέρου πως προσφέρεται η ανάπτυξη των κατάλληλων εργαλείων για να την αντιμετωπίσουμε, πράγμα που οι ειδικοί επιστήμονες έχουν ήδη δρομολογήσει.

Μερικές λύσεις στο δρόμο προς την πράσινη ενέργεια και οι συνδεδεμένες με αυτές προκλήσεις περιγράφονται στη συνέχεια.

Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ)

Σε αντίθεση με τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (άνθρακας, λιγνίτης, πετρέλαιο και φυσικό αέριο, γνωστά και ως ορυκτά καύσιμα), οι ΑΠΕ είναι πρακτικά ανεξάντλητες. Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα της χρήσης τους είναι ότι δεν ρυπαίνουν το περιβάλλον, ενώ η αξιοποίησή τους περιορίζεται μόνον από την ανάπτυξη αξιόπιστων και οικονομικά αποδεκτών τεχνολογιών που βρίσκονται ακόμα σε εξέλιξη. Στην ανά χείρας ανασκόπηση θα περιοριστούμε μόνο στο θέμα του υδρογόνου, ενώ σε επόμενα άρθρα με την ηλιακή και αιολική ενέργεια.

Ανανεώσιμο υδρογόνο

Αναμφίβολα, το μέλλον της αυτοκίνησης είναι η ηλεκτροκίνηση με μηδενικές εκπομπές ρύπων. Είναι σίγουρο ότι αυτό ο στόχος δεν θα είναι εύκολος και θα απαιτήσει πολλά χρόνια, όμως είναι ξεκάθαρο ότι οι κυριότερες αυτοκινητοβιομηχανίες του κόσμου έχουν μπει δυναμικά στη μάχη, αφού έχουν αποδεχθεί ή συμβιβαστεί με τις Συμφωνίες που προαναφέραμε. Τα κυριότερα προβλήματα που θα πρέπει να επιλυθούν βαθμιαία αφορούν στην επιλογή των νέων τεχνολογιών, έτσι ώστε το κόστος κατασκευής και χρήσης των εργαλείων της αυτοκίνησης να μη ξεπερνά κατά πολύ αυτό των σημερινών οχημάτων. Μεταξύ άλλων προκλήσεων θα αφορά στην αυτονομία και στην φόρτιση των μπαταριών, στην εξασφάλιση των κρίσιμων ορυκτών πρώτων υλών για την κατασκευή των συσσωρευτών και άλλων τμημάτων των μελλοντικών αυτοκινήτων, του μέσου δημιουργίας της κινητήριας ενέργειας, κτλ.

Οι κυψέλες καυσίμου, ως μια αποτελεσματική τεχνολογία, και το υδρογόνο, ως φορέας καθαρής ενέργειας, έχουν μεγάλες δυνατότητες να βοηθήσουν στην καταπολέμηση των εκπομπών του CO₂, να μειώσουν την εξάρτηση από τους υδρογονάνθρακες, να συμβάλουν στην οικονομική ανάπτυξη και στο δρόμο προς την πράσινη ενέργεια.

Μέχρι πριν από μερικά χρόνια, η τεχνολογία κυψελών καυσίμου εθεωρείτο ως η επόμενη μέρα για τις οδικές μετακινήσεις μέχρι που εμφανίστηκε η ηλεκτροκίνηση. Σήμερα δεν είναι ακόμα σίγουρο ποια τεχνολογία θα επικρατήσει ή αν θα αναπτυχθούν παράλληλα, αφού και οι δύο έχουν τα υπέρ και τα κατά τους. Προς το παρόν τα ηλεκτροκίνητα οχήματα κινούνται με μπαταρίες ιόντων λιθίου, στις οποίες αποθηκεύεται η ενέργεια της αυτοκίνησης. Για αυτό και το λίθιο προστέθηκε, μόλις αυτή τη βδομάδα, στον Κατάλογο των Κρίσιμων Ορυκτών Πρώτων Υλών της ΕΕ.

Τα αυτοκίνητα με κυψέλες υδρογόνου κινούνται χρησιμοποιώντας την ενέργεια που δημιουργείται στο ίδιο το όχημα. Είναι μεν ηλεκτρικά, αλλά με πηγή ενέργειας το υδρογόνο. Αντί για μπαταρία που φορτίζεται από μια πρίζα, έχουν ως καύσιμο υγροποιημένο ή αέριο υδρογόνο, που αποθηκεύεται σε κάποιο ντεπόζιτο ψηλής πίεσης. Η ενέργεια από υδρογόνο γίνεται με ηλεκτρόλυση, η οποία δυστυχώς σήμερα είναι ακόμη μια ενεργοβόρα διαδικασία. Το υδρογόνο αυτό αποκαλείται και πράσινο ή ανανεώσιμο, σε αντίθεση με το λεγόμενο γκρίζο και μπλε, που παράγεται σχεδόν αποκλειστικά από υδρογονάνθρακες και αντιπροσωπεύει σήμερα το 99,6% της παγκόσμιας παραγωγής (Εικ. 2).

Εικ. 2: Οι βασικές διαφορές των τριών τύπων υδρογόνου

Το μπλε υδρογόνο πληροί το όριο των χαμηλών εκπομπών άνθρακα, αλλά παράγεται από μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (όπως π.χ. την πυρηνική). Το πράσινο υδρογόνο όχι μόνο πληροί το κατώφλι χαμηλού άνθρακα, αλλά παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Οι βασικές διαφορές των τριών τύπων υδρογόνου απεικονίζονται στην Εικ. 2.

Τα συν και τα πλην των κυψελών για υδρογονοκίνητα οχήματα

Μετατρέποντας την χημική ενέργεια απευθείας σε ηλεκτρική, οι κυψέλες καυσίμου αποφεύγουν τη «θερμική συμφόρηση» και επομένως είναι πιο αποτελεσματικές από τους κινητήρες καύσης. Οι άμεσες εκπομπές από ένα υδρογονοκίνητο όχημα είναι απλώς νερό και λίγη θερμότητα. Πρόκειται για μια τεράστια βελτίωση σε σχέση με τα αέρια θερμοκηπίου του κινητήρα εσωτερικής καύσης. Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου είναι πολύ πιο αξιόπιστες από τους παραδοσιακούς κινητήρες. Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί με φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο, ενώ η εξόρυξη και διύλιση πετρελαιοειδών είναι πολύ επιβλαβής.

Οι ειδικοί τονίζουν ότι η αναλογία μεταξύ ενέργειας και βάρους του υδρογόνου είναι καλύτερη σε σχέση με μια μπαταρία λιθίου, καθιστώντας τα υδρογονοκίνητα οχήματα καταλληλότερα για μεγάλα ταξίδια και μεγαλύτερη αυτονομία. Ταυτόχρονα, ο ανεφοδιασμός των οχημάτων με κυψέλες υδρογόνου είναι γρήγορος, καθώς ένα γέμισμα διαρκεί ελάχιστα λεπτά, σε αντίθεση με το γέμισμα της μπαταρίας λιθίου, όπου ο οδηγός θα χρειαστεί να περιμένει να έρθει η σειρά του, ενώ ο ίδιος θα χρειαστεί περίπου 30 λεπτά της ώρας για τη φόρτιση. Αυτό σημαίνει σημαντική καθυστέρηση του ταξιδιού[vi].

Τα μειονεκτήματα στη χρήση κυψελών καυσίμου υδρογόνου-οξυγόνου στα αυτοκίνητα περιλαμβάνουν το γεγονός ότι το υδρογόνο βρίσκεται σε κατάσταση αερίου και είναι δύσκολο να αποθηκευτεί στο όχημα. Οι κυψέλες καυσίμου και οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι λιγότερο ανθεκτικοί από τους κινητήρες βενζίνης και τους πετρελαιοκινητήρες, οπότε δεν είναι τόσο μεγάλης διάρκειας. Oι κυψέλες καυσίμου είναι προς το παρόν πολύ ακριβές, ενώ δεν υπάρχει και δίκτυο εθνικών σταθμών εφοδιασμού με υδρογόνο.

Η καθημερινή τεχνολογική πρόοδος

Το 2015 τα οχήματα κυψελών καυσίμου ήταν τέσσερις φορές πιο ακριβά από ένα συμβατικό όχημα. Ωστόσο, η τεχνολογική πρόοδος είναι ταχύτατη και πιθανά θα μας οδηγήσει σύντομα σε διαφορετικά δεδομένα. Οι εξελίξεις που αφορούν προηγμένα υλικά θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε εξαιρετικές βελτιώσεις της απόδοσης των μπαταριών, της ηλιακής ενέργειας και της χρήσης υδρογόνου ως καυσίμου. Ωστόσο, αυτές οι τεχνολογίες μπορεί να χρειαστούν κάποιο χρόνο για να εφαρμοστούν παγκοσμίως, λόγω του απαιτούμενου επενδυτικού κεφαλαίου.

Νέος καταλύτης

Στα πλαίσια του ανταγωνισμού ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης ανακοίνωσαν ότι έχουν αναπτύξει ένα νέο καταλύτη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή φθηνότερων και πιο βιώσιμων υδρογονοκίνητων οχημάτων, που δεν απαιτεί μεγάλη ποσότητα πλατίνας[vii]. Επί του παρόντος, τα οχήματα υδρογόνου χρειάζονται περίπου 50 γραμμάρια πλατίνας για να λειτουργήσουν, σε σύγκριση με τα παραδοσιακά οχήματα που χρησιμοποιούν μόνο 5 γραμμάρια στους καταλυτικούς μετατροπείς τους. Η πλατίνα είναι ένα σπάνιο και πολύ ακριβό μέταλλο με ετήσια παραγωγή μόνο 100 τόνους από ορυχεία στη Νότια Αφρική. Ο νέος καταλύτης βελτιώνει σημαντικά τις κυψέλες καυσίμου, καθιστώντας δυνατή την παραγωγή περισσότερης ιπποδύναμης ανά γραμμάριο πλατίνας. Αυτό με τη σειρά του, καθιστά την παραγωγή οχημάτων κυψελών καυσίμου υδρογόνου πιο βιώσιμη.

Μείωση του κόστους του πράσινου υδρογόνου

Από άλλη ανακοίνωση[viii] έχουμε την πρόβλεψη ότι το κόστος του πράσινου υδρογόνου θα μειωθεί κατά 64% μέχρι το 2040, με παράλληλη αύξηση της τιμής του μπλε και γκρίζου υδρογόνου. Tην τελευταία δεκαετία, η παγκόσμια ζήτηση υδρογόνου αυξήθηκε μόνο κατά 28%, που θεωρείται χαμηλό. Δέκα χώρες απορροφούν το 70% της παγκόσμιας ζήτησης, με την Κίνα και τις Ηνωμένες Πολιτείες να αντιπροσωπεύουν το 21% και το 19%, αντίστοιχα. Ενώ, όμως, μόνο μερικές χώρες και τομείς συγκροτούν την πλειοψηφία της παγκόσμιας ζήτησης του 2020, άλλες 85 χώρες χρειάζονται υδρογόνο. Από αυτές 61 κράτη αθροίζουν λιγότερο από το 1% της παγκόσμιας ζήτησης. Αυτό δείχνει τις δυνατότητες αύξησης του μεριδίου του υδρογόνου σε πολλές αγορές, όπου σήμερα υπάρχει χαμηλή χρήση του.

Ο μεγαλύτερος ηλεκτρολύτης παραγωγής υδρογόνου στις ΗΠΑ το 2021

Στις 29 Αυγούστου του τρέχοντος έτους, οι fuelcellsworks.com αναμετάδωσαν ανακοίνωση της Cummins Inc., σύμφωνα με την οποία θα εγκαταστήσουν το μεγαλύτερο ηλεκτρολύτη στις ΗΠΑ για την παραγωγή υδρογόνου από ΑΠΕ, με τη μέθοδο κυψελών καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων[ix]. Ο νέος ηλεκτρολύτης των 5 MW, που αναμένεται να λειτουργήσει το 2021, θα παράγει υδρογόνο με ηλεκτρόλυση από το νερό του υδατοφράκτη Well Dam του ποταμού Κολούμπια. Το υδρογόνο μετά θα αποθηκεύεται με τη μορφή αερίου ή υγρού για χρήση σε πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτροκίνησης. Ο ηλεκτρολύτης θα τροφοδοτείται από καθαρή υδροηλεκτρική ενέργεια και επομένως η παραγωγή υδρογόνου θα έχει μηδενικές εκπομπές CO₂.

Πράσινο υδρογόνο από την Αφρική

H Forschungszentrum Jülich γνωστοποίησε πρόσφατα ότι με το έργο «H₂Atlas-Africa» επικεντρώνεται στην ιδέα να καταστεί η Αφρική ένας επιτυχημένος παραγωγός και εξαγωγέας υδρογόνου, που να παράγεται με βιώσιμο τρόπο, για έναν ενεργειακά ουδέτερο εφοδιασμό στο άμεσο μέλλον[x]. Ο βασικός στόχος είναι να προσδιοριστούν τοποθεσίες στα δυτικά και νότια της ηπείρου που είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για την παραγωγή υδρογόνου χρησιμοποιώντας ΑΠΕ.

Τα αποτελέσματα του έργου μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οδηγός για την κατασκευή πιλοτικών εγκαταστάσεων, ως οδικός χάρτης για την ανάπτυξη μιας πράσινης οικονομίας υδρογόνου στην Υποσαχάρια Αφρική (που θα είναι χρήσιμος για όσους παίρνουν τις αποφάσεις, δηλ. τους πολιτικούς και πιθανούς επενδυτές), και ως εργαλείο για συνεργασία μεταξύ ερευνητών και φοιτητών.

Υπερωκεάνεια με καθαρή ενέργεια υδρογόνου

Καθώς η βιομηχανία και παγκόσμια κοινότητα αναζητούν τρόπους μετάβασης σε πιο βιώσιμα μέσα ενέργειας, η παγκόσμια ναυτιλιακή βιομηχανία - που αντιπροσωπεύει το 2,5% των συνολικών εκπομπών αερίων θερμοκηπίου παγκοσμίως - βρίσκεται υπό αυξανόμενη πίεση για παρόμοια μετάβαση σε βιώσιμες πηγές ενέργειας. Σχετική ανάλυση έδειξε ότι ένα μεγάλο φορτηγό πλοίο μπορεί να προκαλέσει τόση ατμοσφαιρική ρύπανση, όσο 50 εκατομμύρια αυτοκίνητα!! Οι ειδικοί πιστεύουν ότι τα μεταφορικά πλοία που χρησιμοποιούν κυψέλες καυσίμου υδρογόνου για καθαρή πρόωση μπορεί να λειτουργήσουν σε μόνο 2-3 χρόνια από τώρα, ενώ τα μεγαλύτερα πλοία θα χρειαστούν λίγο περισσότερο χρόνο.

Ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός του ΟΗΕ, υπεύθυνος για τη ρύθμιση της παγκόσμιας ναυτιλίας, έχει θέσει έναν παγκόσμιο στόχο για τη μείωση των ετήσιων εκπομπών κατά τουλάχιστον 50% έως το 2050 με βάση τα επίπεδα του 2008.

Οι πιο πάνω προβλέψεις ενισχύθηκαν, ύστερα από την υπογραφή μνημονίου συμφωνίας ανάμεσα στον ελβετικό-σουηδικό γίγαντα ηλεκτρονικών κατασκευών ABB και τη Γαλλική εταιρεία Hydrogène de France, ειδική σε τεχνολογίες υδρογόνου, για την από κοινού κατασκευή συστημάτων κυψελών καυσίμου υδρογόνου «κλίμακας μεγαβάτ» για υπερωκεάνεια^{^[xi]}. Η νέα ιδέα της ΑΒΒ για μεγάλα πλοία που θα τροφοδοτούνται από κυψέλες καυσίμου υδρογόνου απεικονίζεται στην Εικ. 3.

Εικ. 3: Σχέδιο της ΑΒΒ για μεγάλα πλοία με τροφοδοσία κυψελών καυσίμου υδρογόνου. Πηγή[xii]

Υδρογονοκίνητα φορτηγά στους δρόμους της Ν. Ζηλανδίας σε λίγους μήνες

Τα πρώτα βαριά φορτηγά με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου μηδενικών εκπομπών πρόκειται να κυκλοφορήσουν στους αυτοκινητόδρομους της Ν. Ζηλανδίας στις αρχές του επόμενου χρόνου.

Η Hiringa Energy και η Hyzon Motors, με έδρα τις ΗΠΑ, ανακοίνωσαν συμφωνίες για να προμηθεύσουν τη Νέα Ζηλανδία με βαριά φορτηγά οχήματα μηδενικών εκπομπών, τα οποία θα τροφοδοτούνται από κυψέλες υδρογόνου.

Εικ. 4: Βαρύ φορτηγό όχημα της Hyzon Motors. Πηγή [xiii]

Να επαναλάβουμε ότι τα ηλεκτρικά οχήματα κυψελών καυσίμου χρησιμοποιούν υδρογόνο (αποθηκευμένο στο όχημα) και οξυγόνο (από την ατμόσφαιρα) για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που τροφοδοτεί το φορτηγό. Η μόνη εκπομπή από τους σωλήνες εξαγωγής θα είναι οι υδρατμοί.

Παραγωγή υδρογόνου με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας

Ισραηλινοί και Ιταλοί επιστήμονες έχουν αναπτύξει μια νέα τεχνολογία που μετατρέπει την ηλιακή ενέργεια σε καύσιμο υδρογόνο. Η νέα τεχνολογία βρίσκεται στο στάδιο των δοκιμών «πρακτικής εφαρμογής και βιωσιμότητας».

Η νέα ηλιακή τεχνολογία θα μετατρέπει το νερό και το ηλιακό φως σε αποθηκεύσιμη ενέργεια για κυψέλες καυσίμου, ανεξάρτητα αν αυτή η ενέργεια θα τροφοδοτεί ένα ηλεκτρικό δίκτυο ή φορτηγά, τρένα, αυτοκίνητα, πλοία, αεροπλάνα και άλλες βιομηχανικές εφαρμογές.

Η Lilac Amirav, αναπληρώτρια καθηγήτρια χημείας στο Technion (Ισραηλινό Ινστιτούτο Τεχνολογίας) στη Χάιφα, αναφέρει ότι πρόκειται για «έναν ημιαγωγό που μοιάζει πολύ με αυτόν των ηλιακών πάνελ» [xiv], όπου αντί να για τη φωτοβολταϊκή χρήση του ηλιακού φωτός, η αντίδραση που μελετούν αξιοποιεί το φως του ήλιου για να απομακρύνει αποτελεσματικά και οικονομικά το υδρογόνο από μόρια νερού. Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα ηλιακά εργοστάσιά τους θα μπορούν να παράγουν καύσιμο υδρογόνο και μια σειρά από άλλα χρήσιμα βιομηχανικά υποπροϊόντα.

η Ευρωπαϊκή ενωση

Για να καταστεί κλιματικά ουδέτερη έως το 2050, η Ευρώπη πρέπει να μετασχηματίσει το ενεργειακό της σύστημα, το οποίο παράγει το 75 % των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου της ΕΕ. Σε ένα ενοποιημένο ενεργειακό σύστημα, το υδρογόνο μπορεί να στηρίξει την απανθρακοποίηση της βιομηχανίας, των μεταφορών, της παραγωγής ενέργειας και των κτιρίων σε ολόκληρη την Ευρώπη. Η στρατηγική της ΕΕ για το υδρογόνο αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο οι δυνατότητες αυτές μπορούν να γίνουν πραγματικότητα, μέσω επενδύσεων, κανονιστικών ρυθμίσεων, δημιουργίας αγορών, και έρευνας και καινοτομίας. Προτεραιότητα είναι η ανάπτυξη του ανανεώσιμου υδρογόνου, το οποίο θα παράγεται κυρίως με χρήση αιολικής και ηλιακής ενέργειας. Ωστόσο, βραχυπρόθεσμα και μεσοπρόθεσμα, χρειάζονται άλλες μορφές υδρογόνου χαμηλών ανθρακούχων εκπομπών για την ταχεία μείωση των εκπομπών και τη στήριξη της ανάπτυξης μιας βιώσιμης αγοράς[xv], όπως αναπτύχθηκε με παραδείγματα στο προηγούμενο κεφάλαιο.

Επίλογος

Το αέριο υδρογόνο δημιουργήθηκε για πρώτη φορά τεχνητά τον 16^ο αιώνα, ενώ οι πρώτες κυψέλες καυσίμου και οι ηλεκτρολύτες κατασκευάστηκαν τον 19^ο αιώνα. Ωστόσο, μέχρι πρόσφατα η τιμή των ηλεκτρολυτών και οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου ήταν πολύ ακριβές. Όλα όμως αλλάζουν. Η τιμή των ηλεκτρολυτών που, πριν από μερικά χρόνια, κυμάνθηκε από 2 έως 4 εκατομμύρια ευρώ ανά MW, τώρα κοστίζει περίπου μισό εκατομμύριο. Καθώς, λοιπόν, η πράσινη ηλεκτρική ενέργεια γίνεται φθηνότερη μέρα με τη μέρα, το πράσινο υδρογόνο χαμηλού κόστους πλησιάζει. Παράλληλα, όπως και με την ηλιακή και αιολική ενέργεια, το κόστος παραγωγής υδρογόνου μειώνεται με γεωμετρική πρόοδο, καθώς τα μεγέθη του συστήματος και οι όγκοι παραγωγής αυξάνονται, ενώ η απόδοση του βελτιώνεται.

Τέλος, με την ιδιότητα του ειδικού σε θέματα οικονομικής γεωλογίας, οφείλω, για μια ακόμη φορά, να τονίσω τη σημασία των ορυκτών πρώτων υλών (ΟΠΥ) για να πετύχουμε την πολυπόθητη κλιματική ουδετερότητα μέχρι το 2050. Η ίδια η Επιτροπή της ΕΕ, σήμερα (3 Σεπτέμβρη 2020), ανακοίνωσε το Σχέδιο Δράσης για τις Κρίσιμες Ορυκτές Πρώτες Ύλες (ΚΟΠΥ), τον Κατάλογο ΚΟΠΥ για το 2020 (στον οποίο προστέθηκε το στρόντιο, το λίθιο, το τιτάνιο και ο βωξίτης) και τη μελέτη/πρόβλεψη του ρόλου των ΚΟΠΥ για στρατηγικές τεχνολογίες και τομείς σε σχέση με τις προοπτικές του 2030 και του 2050. Το Σχέδιο Δράσης εξετάζει τις τρέχουσες και τις μελλοντικές προκλήσεις και προτείνει κινήσεις για τη μείωση της εξάρτησης της Ευρώπης από τρίτες χώρες, διαφοροποίηση της προσφοράς από πρωτογενείς και δευτερογενείς πηγές και βελτίωση της αποδοτικότητας των ΟΠΥ και της κυκλικότητας, προωθώντας παράλληλα την υπεύθυνη προμήθεια σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι δράσεις θα προωθήσουν τη μετάβασή της ΕΕ προς μια πράσινη και ψηφιακή οικονομία και ταυτόχρονα θα ενισχύσουν την ανθεκτικότητα της Ευρώπης και την στρατηγική αυτονομία της σε βασικές τεχνολογίες που απαιτούνται για μια τέτοια μετάβαση[xvi].

Πηγές και σύνδεσμοι

[i] ΕΜΒΕΡ (2020): Wind And Solar Now Generate One-Tenth Of Global Electricity, Global half-year electricity analysis.

[ii] Ian Plimer (2009): Heaven and Earth. Global warming: The missing science. Printed and bound in Great Britain by TJ International Ltd, Cornwall.

[iii] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Global_Temperature_Anomaly_1880-2010_(Fig.A).gif

[iv] https://unfccc.int/files/essential_background/convention/application/pdf/english_paris_agreement.pdf

[v] Η Ευρωπαϊκή Πράσινη Συμφωνία και Παράρτημα. Βρυξέλλες, 11.12.2019 COM(2019) 640 final

[vi] ΑΠΕ-ΜΠΕ: https://www.amna.gr/auto/article/446556/To-mellon-tis-autokinisis-einai-i-ilektrokinisi-me-kupseles-udrogonou

[vii] https://eandt.theiet.org/content/articles/2020/08/hydrogen-vehicles-could-become-mass-market-tha

[viii] https://www.woodmac.com/press-releases/green-hydrogen-costs-to-fall-by-up-to-64-by-2040/

[ix] https://fuelcellsworks.com/news/public-utility-in-washington-to-install-the-largest-pem-electrolyzer-in-the-united-states-to-produce-hydrogen/

[x] https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Meldungen/PORTAL/EN/2020/2020-06-08-wasserstoff_en.html

[xi] https://www.greencarreports.com/news/1127769_megawatt-scale-fuel-cell-agreement-could-bring-large-hydrogen-powered-ships