Ηλεκτρικά οχήματα με καύσιμο πράσινο υδρογόνο

Είναι εφικτή η χρήση τους σήμερα;

Οι προσπάθειες για την αντιμετώπιση και το μετριασμό της κλιματικής αλλαγής επιτάσσουν τη μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων σε όλους τους τομείς συμπεριλαμβανομένου και του τομέα των μεταφορών. Είναι πρόσφατη η απόφαση της Ευρωπαϊκής Ένωσης για τη μετατροπή της σε κλιματικά ουδέτερη Ήπειρο με ορίζοντα το έτος 2050.

Oπως έχει προαναγγελθεί η Ε.Ε. προγραμματίζει τη πραγματοποίηση επενδύσεων ύψους 470 δις Ευρώ στο τομέα παραγωγής πράσινου υδρογόνου έως το 2050. Ο πρόεδρος του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας καθ. Νεκτάριος Ταβερναράκης έχει τονίσει το ενδιαφέρον και τις δραστηριότητες του ιδρύματος στο τομέα της παραγωγής και ενεργειακής αξιοποίησης του υδρογόνου ενώ και τοπικά στο Πολυτεχνείο Κρήτης το ενδιαφέρον των καθηγητών του ιδρύματος είναι μεγάλο στο τομέα αυτό. Στη χώρα μας προγραμματίζεται από εγχώριες εταιρείες μεγάλη επένδυση ύψους περίπου 2.5 δις Ευρώ στη περιοχή της Δυτικής Μακεδονίας για τη παραγωγή υδρογόνου. Εξ άλλου ο Jeremy Rifkin στα βιβλία του

α) The Hydrogen Economy και
β) The Green New Deal έχει αναφερθεί διεξοδικά στη αναγκαιότητα δημιουργίας της

οικονομίας του υδρογόνου το οποίο θα αποτελέσει το καύσιμο που θα υποκαταστήσει τα προσεχή χρόνια τα ορυκτά καύσιμα καθώς η ανάγκη αντιμετώπισης της κλιματικής αλλαγής είναι πλέον επιτακτική.

Σκοπός του σύντομου κειμένου που ακολουθεί είναι η διερεύνηση της δυνατότητας χρήσης ηλεκτρικών οχημάτων με κυψέλες καυσίμου και καύσιμο υδρογόνο στη Κρήτη καθώς και της δυνατότητας παραγωγής του υδρογόνου με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

1. Η Κρήτη σαν κλιματικά ουδέτερο νησί

Ο στόχος της Ευρωπαϊκής Ένωσης για το μηδενισμό των εκπομπών θερμοκηπιακών αερίων στην ατμόσφαιρα μέχρι το 2050 λόγω της αναγκαιότητας μετριασμού και άμβλυνσης της κλιματικής αλλαγής θέτει σαν προτεραιότητα την εκπόνηση σχεδίων και την ανάληψη δράσεων για την επίτευξη κλιματικής ουδετερότητας σε όλα τα κράτη μέλη. Στα πλαίσια αυτά η Ελλάδα και η Κρήτη διαθέτοντας αφθονία ανανεώσιμων ενεργειακών πόρων θα πρέπει τις ερχόμενες δεκαετίες να μειώσουν την εξάρτηση τους από τα ορυκτά καύσιμα με στόχο το μηδενισμό της χρήσης τους το αργότερο το 2050.

2. Οι εκπομπές ανθρακούχων αερίων στις οδικές μεταφορές

Ο τομέας των οδικών μεταφορών στη Κρήτη χρησιμοποιεί ορυκτά καύσιμα που περιλαμβάνουν κυρίως τη βενζίνη και το πετρέλαιο κίνησης και σε μικρότερη έκταση το υγραέριο. Τα καύσιμα αυτά προέρχονται από την επεξεργασία του “μαύρου χρυσού” και η χρήση τους έχει σαν αποτέλεσμα την έκλυση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Εκτιμάται ότι σήμερα ο τομέας των οδικών μεταφορών στη Κρήτη είναι υπεύθυνος για το ένα τρίτο (1/3) περίπου των συνολικών ετήσιων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα στο νησί.

3. Η δυνατότητα μηδενισμού των εκπομπών θερμοκηπιακών αερίων από τα οχήματα στη Κρήτη

Ο μηδενισμός των εκπομπών θερμοκηπιακών αερίων από τα οχήματα στη Κρήτη μπορεί να επιτευχθεί με:

Α) Τη χρήση βιολογικών καυσίμων στα οχήματα με μηχανές εσωτερικής καύσης αντί των πετρελαϊκών καυσίμων που χρησιμοποιούνται σήμερα. Τα βιολογικά καύσιμα περιλαμβάνουν τη βιο-αιθανόλη (η οποία υποκαθιστά τη βενζίνη και παράγεται από γεωργικές ύλες που περιέχουν σάκχαρα, υδατάνθρακες και κυτταρίνες) και το βιο-ντίζελ (το οποίο υποκαθιστά το πετρέλαιο κίνησης και παράγεται από γεωργικές ύλες που περιέχουν έλαια). Αυτά τα βιοκαύσιμα δεν παράγονται σήμερα στη Κρήτη και θεωρείται (με κάποιες παραδοχές) ότι η χρήση τους συνεπάγεται μηδενικές καθαρές εκπομπές ανθρακούχων αερίων στην ατμόσφαιρα. Ήδη σήμερα τα βιοκαύσιμα αναμιγνύονται σε μικρή αναλογία με τα πετρελαϊκά καύσιμα και χρησιμοποιούνται ήδη στα συμβατικά οχήματα στη Κρήτη,

Β) Τη χρήση αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων με επαναφορτιζόμενες μπαταρίες εφόσον η ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για την επαναφόρτιση των μπαταριών τους παράγεται με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Σήμερα η πολιτεία προωθεί/επιδοτεί την αγορά τέτοιων ηλεκτρικών οχημάτων ενώ η ηλιακή και η αιολική ενέργεια που αφθονούν στη Κρήτη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτείται για την επαναφόρτιση των συσσωρευτών τους, και

Γ) Τη χρήση ηλεκτρικών οχημάτων με κυψέλες καυσίμου και καύσιμο υδρογόνο εφόσον το απαιτούμενο υδρογόνο παραχθεί με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Η ηλιακή και η αιολική ενέργεια που αφθονούν στη Κρήτη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη παραγωγή του “πράσινου υδρογόνου”.

4. Τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα

Τα τελευταία χρόνια η χρήση αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων αυξάνεται συνεχώς σε όλες τις χώρες για πολλούς λόγους υποκαθιστώντας σταδιακά τα συμβατικά οχήματα με μηχανές εσωτερικής καύσης. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα περισσότερα μεταφορικά οχήματα που κυκλοφορούσαν στις αρχές του 20ου αιώνα στις ΗΠΑ ήταν ηλεκτρικά (με χρήση συσσωρευτών). Τα αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα διακρίνονται σε:

Α) Ηλεκτρικά οχήματα με επαναφορτιζόμενες μπαταρίες Αυτά είναι τα οχήματα που σήμερα σταδιακά αντικαθιστούν τα συμβατικά οχήματα. Για τη κίνηση τους χρησιμοποιούν την ηλεκτρική ενέργεια της μπαταρίας η οποία όταν αποφορτισθεί θα πρέπει να επαναφορτιστεί. Η τεχνολογία των συσσωρευτών έχει εξελιχθεί πολύ και οι σύγχρονες μπαταρίες επιτρέπουν την αυτονομία των οχημάτων αυτών για μεγάλες αποστάσεις,

Β) Ηλεκτρικά οχήματα με κυψέλες καυσίμου και καύσιμο το υδρογόνο (ή κάποια χημική ένωση του όπως τη μεθανόλη). Τα οχήματα αυτά χρησιμοποιούν το υδρογόνο για να παράξουν με τη κυψέλη καυσίμου ηλεκτρική ενέργεια (όπως τα συμβατικά οχήματα χρησιμοποιούν πετρελαϊκά καύσιμα για να παράξουν με τη μηχανή εσωτερικής καύσης μηχανική ενέργεια. Η κυψέλη καυσίμου (η οποία αντιστοιχεί στη μηχανή εσωτερικής καύσεως ενός συμβατικού οχήματος) αποτελεί μία συσκευή η οποία μετατρέπει απευθείας τη χημική ενέργεια του υδρογόνου σε ηλεκτρική ενέργεια με ηλεκτροχημικές δράσεις. Παλαιότερα το κόστος των συσκευών αυτών ήταν υψηλό αλλά σταδιακά μειώθηκε με αποτέλεσμα να έχει αρχίσει σήμερα η εμπορική εφαρμογή τους για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε κτίρια και στη βιομηχανία. Όμως η τιμή των ηλεκτρικών οχημάτων με κυψέλες καυσίμου είναι ακόμη αρκετά υψηλή.

5. Η παραγωγή υδρογόνου που αποτελεί το καύσιμο στη κυψέλη καυσίμου

Το υδρογόνο αποτελεί το πιο ελαφρύ χημικό στοιχείο το οποίο είναι ευρύτατα διαδεδομένο στο σύμπαν και το οποίο στη γη βρίσκεται συνήθως ενωμένο σε χημικές ενώσεις με άλλα στοιχεία. Για να χρησιμοποιηθεί σαν καύσιμο στις κυψέλες καυσίμου πρέπει να διαχωριστεί από τα χημικά στοιχεία με τα οποία είναι ενωμένο. Η πιο διαδεδομένη σήμερα εμπορική μέθοδος παραγωγής υδρογόνου (η οποία είναι και η πιο οικονομική) συνίσταται στη χημική επεξεργασία του φυσικού αερίου κατά την οποία διαχωρίζεται το υδρογόνο από τον άνθρακα στο μόριο του μεθανίου. Δεδομένου ότι το φυσικό αέριο αποτελεί ορυκτό καύσιμο η παραγωγή υδρογόνου από αυτό συνεπάγεται την έκλυση ανθρακούχων αερίων στην ατμόσφαιρα. Μία πολλά υποσχόμενη μέθοδος παραγωγής υδρογόνου είναι η γνωστή από παλιά τεχνολογία της ηλεκτρόλυσης του νερού κατά την οποία διαχωρίζεται το υδρογόνο από το οξυγόνο. Όμως η μέθοδος αυτή είναι δαπανηρότερη από τη χρησιμοποιούμενη σήμερα μέθοδο παραγωγής υδρογόνου από το φυσικό αέριο. Η παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση του νερού απαιτεί σημαντικά ποσά ηλεκτρικής ενέργειας. Εκτιμάται ότι βελτιώσεις στη τεχνολογία ηλεκτρόλυσης του νερού θα επιτρέψουν σύντομα την εμπορική εφαρμογή της μεθόδου αυτής για τη παραγωγή υδρογόνου.

6. Αξιοποίηση της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας στη Κρήτη για τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

Σημαντικά ποσά ηλεκτρικής ενέργειας παράγονται σήμερα στη Κρήτη με την αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας (φωτοβολταϊκά συστήματα) και της αιολικής ενέργειας (αιολικά πάρκα). Υπολογίζεται σήμερα ότι περισσότερο από το 20% της ετήσιας καταναλισκόμενης ηλεκτρικής ενέργειας στο νησί παράγεται από τον ήλιο και τον άνεμο. Η άφθονη ηλιακή και αιολική ενέργεια της Κρήτης θα μπορούσε να παράξει σημαντικά επιπλέον ποσά ηλεκτρικής ενέργειας απαραίτητα για την ηλεκτρόλυση του νερού και τη παραγωγή “πράσινου υδρογόνου” το οποίο θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τις κυψέλες καυσίμων των ηλεκτρικών οχημάτων.

7. Απαραίτητες υποδομές για τη παραγωγή, αποθήκευση, μεταφορά και διανομή του υδρογόνου

Η δημιουργία της οικονομίας του υδρογόνου και της χρήσης του σε όλους τους τομείς μεταξύ των οποίων και στα οχήματα της Κρήτης απαιτεί τη δημιουργία κατάλληλων υποδομών οι οποίες είναι σύνθετες και δαπανηρές. Μετά τη παραγωγή του υδρογόνου είναι απαραίτητη η αποθήκευση του, η μεταφορά του στους χώρους χρήσης του και η διανομή του μεταξύ άλλων και στα οχήματα. Στη Κρήτη σήμερα δεν υπάρχουν υποδομές μεταφοράς του φυσικού αερίου με αγωγούς, όπως στην Ηπειρωτική Ελλάδα, οι οποίοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν και για τη μεταφορά του υδρογόνου από τους χώρους παραγωγής του στους χώρους χρήσης του.

8. Συμπεράσματα

Η χρήση ηλεκτρικών οχημάτων με κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία μπορεί να παραχθεί με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αποτελεί ένα σημαντικό βήμα για τη μείωση/μηδενισμό των εκπομπών άνθρακα στην ατμόσφαιρα τις επόμενες δεκαετίες. Η αφθονία της ηλιακής και της αιολικής ενέργειας στη Κρήτη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη παραγωγή φθηνής “πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας”. Η “πράσινη ηλεκτρική ενέργεια” μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη Κρήτη:

Α) Για την επαναφόρτιση συσσωρευτών αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων με επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, και

Β) Για τη παραγωγή “πράσινου ηλεκτρολυτικού υδρογόνου” απαραίτητου για τη τροφοδοσία αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων εφοδιασμένων με κυψέλες καυσίμου.

Η μαζική υποκατάσταση των σημερινών συμβατικών οχημάτων (με μηχανές εσωτερικής καύσεως) στη Κρήτη με ηλεκτρικά οχήματα εφοδιασμένα με κυψέλες καυσίμου τα οποία χρησιμοποιούν υδρογόνο προϋποθέτει:

1. Τη μείωση του υψηλού σημερινού κόστους αγοράς ηλεκτρικού οχήματος με κυψέλη καυσίμου,

2. Τη μείωση του κόστους του ηλεκτρολυτικά παραγόμενου υδρογόνου, και

3. Την ανάπτυξη σειράς σύνθετων υποδομών που σχετίζονται με τη παραγωγή, αποθήκευση, μεταφορά και διανομή του υδρογόνου.

Περισσότερα στοιχεία σχετικά με τη χρήση ΑΠΕ στη Κρήτη για τη παραγωγή Η2 που απαιτείται για τη λειτουργία των κυψελών καυσίμου στα ηλεκτροκίνητα οχήματα της Κρήτης είναι διαθέσιμα στο επιστημονικό άρθρο του γράφοντος με τίτλο “Renewable energies use for hydrogen production powering fuel cell vehicles in the island of Crete, Greece” το οποίο δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο διεθνές Αγγλόφωνο επιστημονικό περιοδικό “American Scientific Research Journal for Engineering, Technology and Sciences”, τεύχος 75(1), σελ. 106-120, 2021.