node/43256

Κυψέλες καυσίμου: εξετάζοντας τη μεθανόλη αντί για υδρογόνο [video]

Η τεχνολογία κυψελών καυσίμου εξακολουθεί να φαντάζει βιώσιμη εναλλακτική για το μέλλον των μετακινήσεων. Και η υγρή μεθανόλη είναι σε θέση να λύσει πολλά από τα προβλήματα μεταφοράς και αποθήκευσης του αέριου υδρογόνου.

Στις μέρες μας βιώνουμε την εκρηκτική ανάπτυξη της ηλεκτροκίνησης. Οι κατασκευαστές επενδύουν τα ρέστα τους στην εξέλιξη νέων, αποδοτικότερων συσσωρευτών και ηλεκτρικών συστημάτων. Ολόκληρη η Ευρώπη, σε 10-15 χρόνια από σήμερα, θα γίνει μία ήπειρος ICE-free, όπου δεν θα πωλούνται πλέον νέα αυτοκίνητα με κινητήρες εσωτερικής καύσης. Η ηλεκτροκίνηση, ωστόσο, δεν αποτελεί το απόλυτο φάρμακο για τη σωτηρία του πλανήτη. Ειδικά στο κομμάτι των φορτηγών και των βαρέων μεταφορών, οι κυψέλες καυσίμου δείχνουν πιο κατάλληλες για να αντικαταστήσουν, κάποια στιγμή, το πετρέλαιο.

Η εξέλιξη της τεχνολογίας fuel cell (κυψελών καυσίμου) μετράει αρκετές δεκαετίες τώρα. Και όπως όλα δείχνουν, διατηρεί αμείωτο το ενδιαφέρον πολλών κατασκευαστών. Η Daimler και ο Όμιλος Volvo συνεργάζονται από πέρυσι για την παραγωγή ανάλογων συστημάτων. Οι Toyota και PACCAR αντίστοιχα προχωρούν από κοινού. Η General Motors, η Stellantis και η Hyundai, λανσάρουν φορτηγά και van με κυψέλες καυσίμου, ενώ αρκετοί ακόμα OEM κατασκευαστές εμπλέκονται σε προγράμματα για περαιτέρω ανάπτυξη της εν λόγω τεχνολογίας, επάνω σε εφαρμογές εμπορικών μεταφορών.

fuel cell

Ενώ όμως το υδρογόνο φαντάζει ως το ιδανικό καύσιμο, ένα στοιχείο που προσφέρει επαρκή ενέργεια και αποβάλλει στο περιβάλλον μόνο υδρατμούς, στην πράξη θα πρέπει να επιλύσει μία σειρά θεμάτων, πριν καταστεί λειτουργικό. Πέρα από το κόστος παραγωγής, αυτή τη στιγμή το σημαντικότερο, ίσως, αγκάθι έχει να κάνει με τη μεταφορά, την αποθήκευση και τον ανεφοδιασμό. Όλα αυτά απαιτούν υποδομές υψηλής πίεσης και σαφώς αυστηρότερα πρωτόκολλα ασφαλείας, σε σχέση με τα υγρά καύσιμα. 

Μια εναλλακτική που εξετάζεται στις μέρες μας, είναι η χρήση μεθανόλης (CH3OH), αντί για υδρογόνο. Αυτή, με έναν αναμορφωτή, μπορεί να παράξει ένα αέριο πλούσιο σε υδρογόνο, ικανό να τροφοδοτήσει τις μεμβράνες μίας κυψέλης καυσίμου. Το εν λόγω καύσιμο, βέβαια, εκπέμπει παράλληλα και αέρια του θερμοκηπίου (GHG). Εφόσον όμως η παραγωγή του γίνεται από ανανεώσιμες πηγές -ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια με ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα, ή διοξείδιο του άνθρακα από βιομάζα, ή χώρους υγειονομικής ταφής- ο κύκλος του άνθρακα μπορεί να θεωρηθεί ουδέτερος.

fuel cell

Η μεθανόλη παράγεται, αποθηκεύεται και μεταφέρεται ήδη σε βιομηχανικές ποσότητες, ενώ οι απαιτήσεις διαχείρισής της είναι ευρέως κατανοητές. Ως υγρό, θα μπορούσε εύκολα να διανεμηθεί μέσω της υπάρχουσας υποδομής οδικών καυσίμων -ντίζελ και βενζίνης- εάν οδηγούμασταν σε μια σταδιακή μετάβαση από τα ορυκτά καύσιμα. Αυτό θα έλυνε άμεσα ένα από τα μεγάλα προβλήματα που αντιμετωπίζει η τροφοδοσία με αέριο υδρογόνο. Θα μπορούσε επίσης να αντιμετωπίσει τις προκλήσεις των σταθερών υποδομών ανεφοδιασμού και αποθήκευσης. Κάτι τέτοιο θα απαιτούσε μικρές τροποποιήσεις και όχι σημαντικές αλλαγές στις εγκαταστάσεις που διαθέτουμε σήμερα.  

Το παραπάνω σενάριο, ανάπτυξης της τεχνολογίας κυψελών καυσίμου για οδικές μεταφορές με τη χρήση μεθανόλης, εξετάζει ως ενδεχόμενο η Blue World Technologies, μια εταιρία με έδρα τη Δανία. Όπως χαρακτηριστικά αναφέρει ο Anders Korsgaard, CEO της εταιρίας, σε συνέντευξή του στο SAE Media, «εργαστήκαμε με συμβατικές κυψέλες καυσίμου υδρογόνου για τα πρώτα πέντε χρόνια της επαγγελματικής μας καριέρας, στα τέλη της δεκαετίας του '90 και στις αρχές της δεκαετίας του 2000. Αποφασίσαμε όμως να εστιάσουμε την προσοχή μας στα e-fuels και βασικά στα υγρά e-fuels που λύνουν όλα τα εμπόδια της αγοράς που σχετίζονται με ένα αέριο καύσιμο».

Αναφορικά με το κόστος παραγωγής της μεθανόλης, αυτή τη στιγμή είναι αυξημένο. Υπολογίζεται όμως πως με τον καιρό η χρήση κυψελών καυσίμου μεθανόλης θα είναι ισοδύναμη οικονομικά με αυτή των συμβατικών κινητήρων εσωτερικής καύσης. Κάτι ανάλογο ισχύει και για το ίδιο το σύστημα παραγωγής ενέργειας. Η Blue World Technologies κατασκευάζει αυτή τη στιγμή το μεγαλύτερο εργοστάσιο κυψελών καυσίμου στην Ευρώπη, με την έναρξη της παραγωγής του να προγραμματίζεται χρονικά για το δεύτερο εξάμηνο του 2022. Μέσω αυτού αναμένεται πως θα περιοριστεί το κόστος σε ικανό βαθμό, ώστε να μπορεί κάποιος να μιλά για εμπορική αξιοποίηση. 

fuel cell

Εστιάζοντας στην ίδια τη διαδικασία της παραγωγής ενέργειας, χάρη στη χρήση ενός αναμορφωτή επιτυγχάνεται αρχικά διάσπαση του μορίου της μεθανόλης. Έτσι αποδίδεται περίπου 75% υδρογόνο (H2) και 25% άλλα αέρια (υδρατμοί, μονοξείδιο και διοξείδιο του άνθρακα). Τώρα το πρόβλημα που αρχικά παρουσιάστηκε είχε να κάνει με τη μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (ΡΕΜ). Οι μεμβράνες αυτές, που βρίσκονται ανάμεσα στις ανόδους και τις καθόδους των κυψελών καυσίμου, είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες σε ακαθαρσίες. Και η λειτουργία του αναμορφωτή, γενικά, παράγει αρκετές από αυτές. 

Αυτό που παρατηρήθηκε, ωστόσο, είναι πως αυξάνοντας τη θερμοκρασία λειτουργίας, από τους τυπικούς 70-80 βαθμούς Κελσίου στους 150ο με 160ο, τα περισσότερα προβλήματα λύνονται. Έτσι, οι έρευνες αυτή τη στιγμή βασίζονται σε ένα παράθυρο 160-170ο όπου η χρήση υγρών καυσίμων γίνεται πλέον ρεαλιστική.

Στην πράξη, μάλιστα, φαίνεται πως υπάρχουν επιπλέον οφέλη σε ό,τι αφορά στην απόδοση, από τη θερμική ενοποίηση του αναμορφωτή με τις κυψέλες καυσίμου. Το όλο «πακέτο» καταφέρνει να είναι σχεδόν το ίδιο αποδοτικό με ένα συμβατικό fuel cell σύστημα που κάνει χρήση καθαρού υδρογόνου. Όλα τα παραπάνω βασίζονται σε έρευνες που έχουν ξεκινήσει πρακτικά από τα μέσα του 1990. Σύμφωνα μάλιστα με τον Korsgaard, η Blue World Technologies αναζητά πλέον τρόπους να επιτύχει τον ίδιο βαθμό απόδοσης και σε χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας.