Το υδρογόνο αποτελεί μείγμα καθαρής ενέργειας και θεωρείται αναγκαίο για την εξασφάλιση ενός βιώσιμου μέλλοντος. Το μειωμένο του κόστος παραγωγής, σε συνδυασμό με τον επείγοντα χαρακτήρα της μείωσης των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, ώθησε σε μία γραμμή πολιτικού και επιχειρηματικού επιπέδου ώστε το υδρογόνο να βρεθεί στο προσκήνιο.
Το υδρογόνο μπορεί να ενισχύσει την ανάπτυξη της αγοράς αναφορικά με την ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές και να διευρύνει την εμβέλεια των ανανεώσιμων λύσεων. Μακροπρόθεσμα, το υδρογόνο θα μειώσει ταυτόχρονα την εξάρτηση από το ξένο πετρέλαιο και τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου και άλλων ρύπων. Ο μπλε τύπος του υδρογόνου δεν είναι εγγενώς απαλλαγμένος από άνθρακα,για αυτό και απαιτείται παρακολούθηση, επαλήθευση και πιστοποίηση.
Ενδέχεται να υπάρξουν έρευνες και συνδυασμοί μεταξύ της ανάπτυξης πράσινου και μπλε υδρογόνου, δεδομένης της ευκαιρίας για οικονομίες κλίμακας στη χρήση υδρογόνου. Βέβαια,μια μετάβαση της ενέργειας με βάση το υδρογόνο δε δύναται να συμβεί εν μία νυκτί. Υπάρχουν εδώ και καιρό, αγωγοί υδρογόνου που θα μπορούσαν κάλλιστα να αναδιαμορφωθούν μαζί με τους υπάρχοντες αγωγούς φυσικού αερίου. Οι συνέπειες της απότομης αντικατάστασης αερίου ή της σταδιακής αλλαγής των μιγμάτων θα πρέπει να διερευνηθούν περαιτέρω με ιδιαίτερη προσοχή.
Τι είναι όμως το υδρογόνο;
Το υδρογόνο είναι ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία του φλοιού της γης. Ωστόσο, μιας και συναντάται σε αέρια μορφή δεν βρίσκεται φυσικά στη Γη και πρέπει να κατασκευαστεί. Αυτό συμβαίνει επειδή το αέριο υδρογόνο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και ως εκ τούτου αυξάνεται στην ατμόσφαιρα. Το φυσικό υδρογόνο συνδέεται πάντα με άλλα στοιχεία σε σύνθετη μορφή όπως νερό, άνθρακα και πετρέλαιο. Το υδρογόνο έχει την υψηλότερη ενεργειακή περιεκτικότητα από οποιοδήποτε κοινό καύσιμο κατά βάρος. Από την άλλη πλευρά, το υδρογόνο έχει τη χαμηλότερη ενεργειακή περιεκτικότητα κατ ’όγκο. Είναι το ελαφρύτερο στοιχείο και είναι ένα αέριο σε κανονική θερμοκρασία και πίεση.
Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα του Υδρογόνου
Στην πραγματικότητα τα υπέρ και τα κατά της χρήσης του υδρογόνου είναι σχεδόν ισότιμα.Ας τα δούμε όμως αναλυτικότερα. Αρχικά, το υδρογόνο είναι ένα στοιχείο άμεσα διαθέσιμο καθώς όπως αναφέρθηκε προηγουμένως είναι άφθονο σε ποσότητα. Ωστόσο, χρειάζεται πολύς χρόνος για να διαχωριστεί το αέριο υδρογόνο από τις συνοδευτικές του ουσίες.
Επιπρόσθετα, είναι πηγή καθαρής ενέργειας οπότε δεν παράγει επιβλαβείς εκπομπές όταν καταναλώνεται. Βασικά, κάνει αντίδραση με το οξυγόνο χωρίς καύση και η ενέργεια που απελευθερώνει μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρισμού που χρησιμοποιείται για την κίνηση ενός ηλεκτρικού κινητήρα. Επίσης, δεν παράγει διοξείδιο του άνθρακα κατά την καύση, σε αντίθεση με άλλες πηγές ενέργειας. Το γεγονός αυτό το καθιστά φιλικό προς το περιβάλλον.
Το υδρογόνο είναι μια μη τοξική ουσία που είναι σπάνια για μια πηγή καυσίμου, εν αντιθέσει με την πυρηνική ενέργεια,τον άνθρακα και τη βενζίνη. Ένα ακόμη πλεονέκτημα του υδρογόνου είναι πως μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο σε πυραύλους. Το υδρογόνο είναι τόσο ισχυρό όσο και αποτελεσματικό και αυτό γιατί είναι τρεις φορές ισχυρότερο από τη βενζίνη και άλλα ορυκτά καύσιμα. Είναι αρκετό για να παρέχει ισχύ σε μηχανήματα όπως διαστημόπλοια. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να πετύχει περισσότερα με λιγότερα. Είναι αρκετά οικονομικά καύσιμο. Σε σύγκριση με τη ντίζελ ή το αέριο, το υδρογόνο είναι πολύ πιο αποδοτικό ως προς τα καύσιμα, καθώς μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια ανά λίβρα καυσίμου. Αυτό σημαίνει ότι εάν ένα αυτοκίνητο τροφοδοτείται από υδρογόνο, μπορεί να προχωρήσει περισσότερο από ένα όχημα φορτωμένο με την ίδια ποσότητα καυσίμου, αλλά χρησιμοποιώντας μια πιο παραδοσιακή πηγή ενέργειας,όπως η βενζίνη.
Από την άλλη, το υδρογόνο είναι ακριβό, αν και ευρέως διαθέσιμο. Ένας καλός λόγος για αυτό είναι ότι χρειάζεται πολύς χρόνος για να διαχωριστεί το στοιχείο. Επιπλέον, είναι δύσκολο να αποθηκευτεί εξαιτίας της δυσκολίας στην μετακίνησή του. Όταν μιλάμε για πετρέλαιο, αυτό το στοιχείο μπορεί να σταλεί μέσω αγωγών. Όταν συζητάμε για άνθρακα, αυτό μπορεί εύκολα να μεταφερθεί στο πίσω μέρος των φορτηγών. Όταν μιλάμε για υδρογόνο, η μετακίνηση ακόμη και μικρών ποσοτήτων είναι πολύ ακριβό θέμα. Μόνο για αυτόν τον λόγο, η μεταφορά και αποθήκευση μιας τέτοιας ουσίας θεωρείται ανέφικτη. Η εγκατάσταση υποδομής είναι εξίσου δύσκολη. Η βενζίνη χρησιμοποιείται ακόμη ευρέως μέχρι σήμερα και προς το παρόν, δεν υπάρχει καμία υποδομή που να υποστηρίζει το υδρογόνο ως καύσιμο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο γίνεται πολύ ακριβό να σκέφτεται κανείς απλά την αντικατάσταση της βενζίνης. Μάλιστα,δεδομένου ότι είναι μια πολύ ισχυρή πηγή καυσίμου, το υδρογόνο μπορεί να είναι πολύ εύφλεκτο. Τέλος,εξαρτάται από τα ορυκτά καύσιμα.
Παρόλο που η ενέργεια του υδρογόνου είναι ανανεώσιμη και έχει ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις, απαιτούνται άλλες μη ανανεώσιμες πηγές όπως ο άνθρακας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο για να διαχωριστεί από το οξυγόνο. Ενώ το σημείο της μετάβασης σε υδρογόνο είναι να απαλλαγούμε από τη χρήση ορυκτών καυσίμων, χρειάζονται ακόμη για την παραγωγή καυσίμου υδρογόνου.
Χρήσεις Υδρογόνου
Το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Βέβαια,προκειμένου να ληφθεί ηλεκτρική ενέργεια από υδρογόνο, πραγματοποιείται με ακρίβεια η αντίστροφη αντίδραση παρά η λήψη υδρογόνου. Σε αυτήν την περίπτωση, αντιδρά με οξυγόνο, λαμβάνοντας ηλεκτρική ενέργεια και νερό. Η συσκευή που είναι υπεύθυνη για την πραγματοποίηση αυτής της αντίδρασης ονομάζεται κυψέλη καυσίμου. Μία από τις πρώτες πρακτικές εφαρμογές των κυψελών καυσίμου ήταν στα διαστημικά οχήματα, όπου εκτός από την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, το νερό που προέκυπτε μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από τους αστροναύτες για να ξεδιψούν ή να κρυώσουν τα συστήματα του πλοίου. Οι κυψέλες καυσίμου με υδρογόνο έχουν δύο ή τρεις φορές την αποδοτικότητα των παραδοσιακών τεχνολογιών καύσης. Για παράδειγμα, ένας συμβατικός σταθμός παραγωγής ενέργειας με βάση την καύση παράγει συνήθως ηλεκτρική ενέργεια μεταξύ 33 και 35 τοις εκατό απόδοσης. Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου είναι σε θέση να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με απόδοση έως και 65 τοις εκατό.
Το υδρογόνο μπορεί να φανεί ωφέλιμο για την αποθήκευση ενέργειας. Η αποθήκευση ενέργειας είναι μια από τις κύριες προκλήσεις που θα αντιμετωπίσει ο τομέας τα επόμενα χρόνια. Οι τεχνολογίες μπαταριών εξελίχθηκαν πολύ, αλλά δεν λύνουν ακόμη το ζήτημα της μακροπρόθεσμης αποθήκευσης. Είναι αυτό το σενάριο όπου το υδρογόνο θα μπορούσε να είναι πολύ χρήσιμο και όχι μόνο λόγω της ικανότητάς του να αποθηκεύει ενέργεια για μεγάλα χρονικά διαστήματα, αλλά και επειδή θα είναι πολύ πιο εύκολο να το χειριστεί, καθώς το βάρος του θα είναι χαμηλότερο, επειδή η ενεργειακή πυκνότητα των δεξαμενών συμπιεσμένου υδρογόνου είναι υψηλότερη από εκείνη του ιόντων λιθίου μπαταρίας.
Ο τομέας των μεταφορών είναι πιθανώς η περιοχή όπου το υδρογόνο μπορεί να επιβληθεί. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα κυψελών καυσίμου υδρογόνου (FCEV) θα μειώσουν την τοπική ατμοσφαιρική ρύπανση, επειδή, όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπαταριών (BEV), έχουν μηδενικές εκπομπές ρυπογόνων αερίων. Υπάρχουν ήδη αυτοκίνητα στην αγορά που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία και έχουν παρόμοια και ακόμη ανώτερη απόδοση με πολλά αυτοκίνητα με μπαταρία. Η πτυχή στην οποία το αυτοκίνητο υδρογόνου δεν θα έχει ανταγωνισμό είναι στον ανεφοδιασμό. Η αναπλήρωση ενός αυτοκινήτου υδρογόνου είναι πολύ ταχύτερη από την επαναφόρτιση ενός BEV. Μόνο που τα κύτταρα υδρογόνου που χρησιμοποιούνται τώρα για την τροφοδοσία υβριδικών αυτοκινήτων, εξακολουθούν να μην είναι μία εφικτή πηγή καυσίμου για όλους. Μέχρι να αναπτυχθεί η τεχνολογία στα επίπεδα που θα μπορεί να γίνεται η διαδικασία πολύ πιο απλά, τότε η ενέργεια υδρογόνου θα συνεχίσει να είναι μια ακριβή επιλογή. Επίσης, τα αυτοκίνητα πρέπει να επανατοποθετηθούν προκειμένου να χωρέσουν το υδρογόνο ως καύσιμο.
Άλλη μία χρήση του υδρογόνου αποτελεί και το παράδειγμα του Hydrogen House,που είναι η πρώτη κατοικία που τροφοδοτείται από ηλιακό-υδρογόνο με έγκριση από τη Βόρεια Αμερική και δημιουργήθηκε από τον Mike Strizki.Το σύστημα του Strizki αποθηκεύει το υδρογόνο σε 11 επαναχρησιμοποιούμενες δεξαμενές προπανίου χαμηλής πίεσης, παρόμοιες με αυτές που βρίσκονται σε ένα τυπικό βενζινάδικο. Το υδρογόνο μπορεί στη συνέχεια να καεί για μαγείρεμα και θέρμανση παρόμοιο με το φυσικό αέριο, και μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας κυψέλης καυσίμου υδρογόνου.
Στο μέλλον, το υδρογόνο θα ενταχθεί στην ηλεκτρική ενέργεια ως σημαντικός φορέας ενέργειας, καθώς μπορεί να παραχθεί με ασφάλεια από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και είναι σχεδόν μη ρυπογόνος. Θα χρησιμοποιηθεί επίσης ως καύσιμο για οχήματα «μηδενικών εκπομπών», για θέρμανση σπιτιών και γραφείων, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και για την τροφοδοσία αεροσκαφών. Το υδρογόνο έχει μεγάλες δυνατότητες ως τρόπος μείωσης της εξάρτησης από εισαγόμενες πηγές ενέργειας όπως το πετρέλαιο. Αλλά, προτού το υδρογόνο μπορεί να διαδραματίσει μεγαλύτερο ενεργειακό ρόλο και να γίνει μια ευρέως χρησιμοποιούμενη εναλλακτική λύση στη βενζίνη, πρέπει να κατασκευαστούν πολλές νέες εγκαταστάσεις και συστήματα.