Η ανθρωπότητα αγαπάει τους υδρογονάνθρακες μέχρι μίσους. Τους γνώρισε ως πηγές λατρείας στις «αιώνιες φωτιές» της Περσίας, τους μετέτρεψε σε όπλα καταστροφής με το «υγρόν πυρ» των Ελλήνων, τους λάτρεψε ως καύσιμο στα εργοστάσια και στα οχήματά της, τους θαύμασε όταν της έδωσαν τα πλαστικά και τα φαρμακευτικά παράγωγά τους. Τους μίσησε όμως για τη μόλυνση του περιβάλλοντος, το φαινόμενο του θερμοκηπίου και… το ότι βρίσκονται σε ελάχιστα μέρη του πλανήτη. Οπως και να ‘χει, αυτή η σχέση δείχνει να τελειώνει. Οι πιο αισιόδοξες προβλέψεις μιλούν για μείωση της παραγωγής πετρελαίου μετά το 2040, ενώ οι πιο απαισιόδοξες την περιμένουν από το 2006! Βεβαίως οι επιστήμονες ψάχνουν εδώ και δεκαετίες για την επόμενη λύση. Αρχικά την εντόπισαν στην πυρηνική ενέργεια. Το πρόβλημα όμως των πυρηνικών αποβλήτων και οι φρικτές εμπειρίες από διαρροή ραδιενέργειας απώθησαν αυτή την πηγή ενέργειας ως προοπτική για το μέλλον. Επειτα δοκιμάστηκαν οι ήπιες μορφές ενέργειας. H ηλιακή, η αιολική, η γεωθερμική, τα κύματα… όλες υγιείς, καθαρές, αλλά και μη επαρκείς για να καλύψουν την ενεργειακή δίψα του πλανήτη, ιδίως όσον αφορά τα καύσιμα μετακίνησης. Πρόσφατα, τα τελευταία πέντε χρόνια, επιστήμονες, κυβερνήσεις, περιβαλλοντολόγοι και εταιρείες εκμετάλλευσης υδρογονανθράκων ομοφωνούν ότι το υδρογόνο είναι η μόνη λύση μακράς πνοής.
H «βενζίνη» του μέλλοντος
H ονομασία του υδρογόνου δεν είναι τυχαία. Οταν αυτό – το πιο ελαφρύ στοιχείο της φύσης – ενώνεται σε αναλογία 2:1 με το οξυγόνο, γεννάει την πηγή της ζωής, το νερό. Υπό ειδικές συνθήκες όμως γεννάει και ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτή η λιγότερο γνωστή ιδιότητά του γεννάει την ελπίδα μας για ένα ενεργειακά αστείρευτο μέλλον.
Το μυστικό κρύβεται στα ηλεκτροπαραγωγά στοιχεία χημικής αντίδρασης, τα fuel cells, γνωστά και ως «μπαταρίες καυσίμου». Τα fuel cells είναι κληρονομιά του διαστημικού προγράμματος «Apollo» που έστειλε τον άνθρωπο στο φεγγάρι. Είχαν αναπτυχθεί από τη NASA, βάσει θεωρίας του… 1850 και πρωτοτύπων της General Electric. Η διαφορά τους από τους συμβατικούς κινητήρες είναι ότι, αντί να κινούν πιστόνια με διαδοχικές εκρήξεις αερίων από την καύση υδρογονανθράκων, αφαιρούν μέσω καταλύτη ηλεκτρόνια από το υδρογόνο και παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο κινεί τα πιστόνια των οχημάτων. Τα εναπομείναντα ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια) ενώνονται με οξυγόνο, οπότε αυτό που αποβάλλεται είναι σκέτο νεράκι. H ισχύς που παράγουν είναι διπλάσια εκείνης ενός αντίστοιχου βενζινοκινητήρα, και μάλιστα αθόρυβα.
Το υδρογόνο είναι άχρωμο, άοσμο και ιδιαίτερα εύφλεκτο, αλλά δεν εκλύει μεγάλη θερμότητα κατά την καύση του και αφήνει ως μόνο απόβλητο καύσης ζεστό νεράκι. Για να το χρησιμοποιήσουμε όμως ως κύριο καύσιμο χρειάζεται να λύσουμε κάποια πρωτεύοντα και δευτερεύοντα προβλήματα. Στα πρωτεύοντα συγκαταλέγονται οι τεχνικοοικονομικά βέλτιστοι τρόποι εξαγωγής, αποθήκευσης, μεταφοράς και καύσης του, ενώ στα δευτερεύοντα η θεσμοθέτηση σχετικών τεχνικών προτύπων, η αντικατάσταση του υπάρχοντος παγκόσμιου δικτύου διανομής καυσίμων, η παροχή κινήτρων για αντικατάσταση των τωρινών οχημάτων και η ενεργειακή αναδόμηση των βιομηχανιών. Δεδομένου ότι όλα τα δευτερεύοντα σχετίζονται με πολιτικές και χάραξη διεθνών συνεργασιών, ας εστιάσουμε στα πρωτεύοντα.
Το μειονέκτημα της αποθήκευσης
Ενα από τα κύρια μειονεκτήματα του υδρογόνου είναι ότι έχει πολύ μικρή «αποθηκευτική πυκνότητα». Αν δηλαδή το χρησιμοποιούσαμε ασυμπίεστο, θα χρειαζόμασταν ντεπόζιτο 3.000 φορές μεγαλύτερο από εκείνο του αυτοκινήτου μας προκειμένου να διανύσουμε την ίδια απόσταση. Στα πολυετή πειράματα των αυτοκινητοβιομηχανιών έχουν εξετασθεί διάφορες προτάσεις αποθήκευσής του: ως συμπιεσμένου αερίου, ως υγροποιημένου και ως στερεού σε υβρίδια μετάλλων.
H συμπίεση του αερίου υδρογόνου έχει περιορισμένα αποτελέσματα και αρκετή επικινδυνότητα. H υγροποιημένη μορφή του παρέχει τον μεγαλύτερο βαθμό συμπίεσης αλλά απαιτεί το 30%-40% του ντεπόζιτου ως ενέργεια ψύξης, καθώς το υδρογόνο βράζει στους -253 βαθμούς Κελσίου! Ακόμη και τότε, ένα ποσοστό 1%-2% εξατμίζεται κάθε μέρα. Οπότε, αν αφήσει κανείς ένα τέτοιο όχημα στο πάρκινγκ του αεροδρομίου για δύο εβδομάδες, το παίρνει… με γερανό.
H παγίδευση του υδρογόνου σε ειδικά μέταλλα – τα οποία το απορροφούν ψυχόμενα και το αποδίδουν θερμαινόμενα – είναι αποδοτική, αλλά… το ντεπόζιτο ζυγίζει πολύ, η εξαγωγή του υδρογόνου απαιτεί ενέργεια και το γέμισμα παίρνει αρκετό χρόνο! Τις ελπίδες μας συγκέντρωσαν πρόσφατα οι περίφημοι νανοσωλήνες άνθρακα, οι οποίοι είναι τέλειες παγίδες και ελαφρές. Σε ένα-δύο χρόνια πιστεύεται ότι η τεχνολογία αυτή θα μας δώσει την τελική λύση. Οπότε μας μένει να δούμε το από πού θα παίρνουμε το υδρογόνο.
Καλά και κακά νέα
Τα καλά νέα είναι ότι το υδρογόνο είναι το συχνότερα απαντώμενο στοιχείο στο Σύμπαν. Τα κακά νέα είναι ότι σπάνια το συναντάει κανείς ελεύθερο. Στον πλανήτη μας το προφανέστερο είναι ότι θα πρέπει να το εξάγουμε από το νερό ή… τους υδρογονάνθρακες. Τα δύο – θα πείτε – αγαθά που όσο πάνε και σπανίζουν; Οχι ακριβώς, αλλά περίπου.
Συγκεκριμένα, οι μακροχρόνιες έρευνες των ειδικών – κυρίως της πετρελαιοβιομηχανίας – μας έχουν καταδείξει ότι η λιγότερο ακριβή μέθοδος εξαγωγής υδρογόνου είναι ο «ανασχηματισμός ατμού» (steam reforming). Κατ’ αυτόν, το φυσικό αέριο αντιδρά χημικά με ατμό και παράγει υδρογόνο και διοξείδιο του άνθρακα. Το φυσικό αέριο έχει πολύ μεγαλύτερα αποθέματα στον πλανήτη, το χειρίζονται ήδη με δίκτυά τους οι πετρελαϊκές εταιρείες – εξ ου και η προθυμία τους να είναι χορηγοί των ερευνών για το υδρογόνο – και το διοξείδιο του άνθρακα είναι… το γνωστό αέριο που ευθύνεται για το φαινόμενο του θερμοκηπίου! Οπότε; Οπότε προκύπτει και πάλι η πρόταση των περιβαλλοντολόγων για αξιοποίηση των ήπιων πηγών ενέργειας: υδροφράγματα, ηλιοσυσσωρευτές και ανεμογεννήτριες θα παράγουν την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια για την ηλεκτρόλυση νερού, από την οποία ως γνωστόν εκλύονται υδρογόνο και οξυγόνο. Πάλι όμως χρειαζόμαστε αρκετή ενέργεια, συν το ότι δεν έχουν όλες οι χώρες αξιοποιήσιμες πηγές ήπιας ενέργειας. Οπότε μπαίνει ξανά στο παιχνίδι η πυρηνική ενέργεια. Οι παραγκωνισμένοι τα τελευταία χρόνια κατασκευαστές πυρηνικών σταθμών προτείνουν τη χρήση του νέου τύπου αντιδραστήρα που λειτουργεί ήδη στη Νότια Αφρική, στο Koeberg. Ο αντιδραστήρας αυτός χρησιμοποιεί μπάλες ουρανίου καλυμμένες με γραφίτη αντί για ράβδους πλουτωνίου και ψύχεται με ήλιον αντί με νερό. Ετσι δεν θερμαίνεται τόσο ώστε να κινδυνεύει από τήξη, συν το ότι είναι ιδιαίτερα αποδοτικός. Γιατί λοιπόν να μη χρησιμοποιήσουμε τέτοιους πυρηνικούς σταθμούς για παραγωγή υδρογόνου ή και άμεση παραγωγή ενέργειας;
H έρευνα της NASA
Σε όλη αυτή τη συζήτηση καλών προθέσεων μεγάλη συγκίνηση προσέθεσε τον προηγούμενο μήνα μια ανακοίνωση της NASA: Οι ερευνητές της έχουν ενδείξεις ότι ο φλοιός της Γης σε βάθος ως και 20 χλμ. περιέχει τέτοια αποθέματα υδρογόνου που εξαλείφουν διά παντός το ενεργειακό πρόβλημα! Πιο συγκεκριμένα, το υδρογόνο παράγεται κατά τη διάσπαση ατόμων ύδατος που είναι εγκλωβισμένα σε λιωμένους βράχους. Τα στοιχεία της έρευνας μιλούν για ως και έναν τόνο υδρογόνου ανά κυβικό μέτρο τέτοιων πετρωμάτων. Κάτι τέτοιο σημαίνει ότι οι ημερήσιες ενεργειακές ανάγκες της Βρετανίας θα καλύπτονται από την εξόρυξη υδρογόνου από δύο κυβικά χιλιόμετρα τέτοιου βράχου. Πώς θα εξορύσσεται; Μάλλον με «γεωλογικές παγίδες», όπως αυτές που χρησιμοποιούνται για την άντληση φυσικού αερίου. Το άσχημο όμως είναι ότι τα είδη των πετρωμάτων που λειτουργούν σαν «σφουγγάρι υδρογόνου» είναι κυρίως γρανιτικά, οπότε τίθεται και πάλι το ερώτημα αν το κόστος της ενέργειας εξόρυξης είναι μικρότερο από την αξία της ενέργειας που αποκτάται.
H ελληνική συμβολή
Μια «συνθετική» λύση στο πρόβλημα του υδρογόνου είχε παρουσιάσει το 2000 και ο έλληνας ερευνητής του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ Αναστάσιος Μέλης. Ο συμπατριώτης μας είχε «πείσει» τη Chlamydomonas reinhardtii – την κοινή πράσινη άλγη – να παράγει κατά τη φωτοσύνθεσή της υδρογόνο αντί για διοξείδιο του άνθρακα. Το μυστικό του ήταν να στερεί από την άλγη το θείο, οπότε εκείνη αντιδρούσε με παραγωγή υδρογόνου. H άλγη εξήγε το υδρογόνο από το νερό με μια διαδικασία παρόμοια της ηλεκτρόλυσης, εκλύοντας ελάχιστες αναθυμιάσεις. Το εμπόδιο όμως στην υψηλή παραγωγή ήταν ότι το ποσοστό της χλωροφύλλης στην άλγη είναι τόσο πολύ που το 60% των φωτονίων που συλλαμβάνει καίγεται. Ο Μέλης το αντιμετώπισε με γενετική μετάλλαξη της άλγης και τώρα έχει φθάσει να παράγει υδρογόνο με κόστος 0,7 δολάρια ανά κιλοβάτ. Στις άμεσες επιδιώξεις του είναι να φθάσει το κόστος του φυσικού αερίου και αμέσως μετά ελπίζει ότι θα κατορθώσει να φθάσει στο μισό του κόστους. Τότε… ο δρόμος θα είναι ανοιχτός.
Καύσιμο από… σκουλήκια
Μια ανακοίνωση ήλθε να μας προσθέσει ελπίδα: Μια βιολόγος κατόρθωσε να παράξει υδρογόνο με… σκουλήκια! H κυρία Σου-Ελεν Βαν Οοτενεγκεμ έχει ένα μικρό ερευνητικό εργαστήριο πέντε ατόμων στη Μοργκαντάουν του Βανκούβερ των ΗΠΑ. Στο 14 λίτρων γυάλινο δοχείο του βιοντιδραστήρα της ζουν βακτήρια του τύπου Thermotoga neapolitana. Κατά έναν μυστηριώδη τρόπο τα βακτήρια αυτά εκκενώνουν 8 λίτρα αερίων την ώρα, από τα οποία 80% είναι καθαρό υδρογόνο! Δεν είναι μόνο το ποσοστό που είναι εκπληκτικό αλλά και το γεγονός ότι αυτή η παραγωγή γίνεται στην παρουσία οξυγόνου. Τα σκουλήκια αυτά βγάζουν το υδρογόνο από την αμμωνία, εφόσον η θερμοκρασία είναι περίπου 75 βαθμοί Κελσίου. Κατέβασμα της θερμοκρασίας σημαίνει «κλείσιμο του διακόπτη».
H σημασία της ανακάλυψης είναι απίστευτη. H πηγή αμμωνίας που χρειάζονται αυτοί οι μικροσκοπικοί «εξωρύχοι υδρογόνου» είναι η κρυσταλλοποιημένη ουρία, ένα πάμφθηνο δηλαδή παράγωγο των σταθμών επεξεργασίας λυμάτων. Αν όλα ευσταθούν, θα μπορούμε στο μέλλον να παράγουμε την ενέργεια που χρειάζεται ο πλανήτης μόνο από τα σκουπίδια του – που τώρα μας πνίγουν.
Στο άκουσμα βέβαια της είδησης πολλοί είπαν «αποκλείεται». Μια επιστήμονας όμως του γνωστού Ινστιτούτου Γενετικής Ερευνας, η Κάρεν Νέλσον, ταξίδεψε στη Μοργκαντάουν, παρακολούθησε τη διαδικασία και πήρε γενετικό υλικό για έρευνα. Το πόρισμά της ήταν ότι όντως τα βακτήρια αυτά παράγουν υδρογόνο, με τον τρόπο και την παραγωγικότητα των ανακοινώσεων της Βαν Οοτενεγκεμ.
H εναλλακτική παραγωγή ενέργειας άρχισε
Ο κόσμος τού αύριο φαντάζει πολύ διαφορετικός. Ορυχεία εξόρυξης υδρογόνου θα τρυπάνε τον φλοιό του πλανήτη, τα ερημονήσια θα γεμίσουν με φάρμες άλγης, οι εταιρείες επεξεργασίας λυμάτων θα μπουν στο χρηματιστήριο και… όσοι τυχεροί έχουν βόθρο θα τον μετατρέψουν σε προσωπικό τους «βενζινάδικο». Ωσπου να συμβούν όμως όλα αυτά – ή κάποια από αυτά – και ώσπου τα δίκτυα διανομής φυσικού αερίου να συστεγάσουν δίκτυα υδρογόνου, πάρα πολλοί έχουν ήδη αρχίσει να επενδύουν στο νέο ενεργειακό τοπίο.
Οι κινήσεις προέρχονται από τρεις εστίες. H μία είναι τα ίδια τα κράτη. Πέραν των χορηγήσεων για έρευνα υπάρχουν και γενναίες αποφάσεις, όπως αυτή της Ισλανδίας, η οποία στοχεύει όχι μόνο να γίνει ενεργειακά αυτοδύναμη αλλά και να εξάγει υδρογονοενέργεια. Πού βασίζεται; Μα στο μοναδικό γεωθερμικό δυναμικό της και στα νερά της. Ηδη στη χώρα υπάρχουν «βενζινάδικα υδρογόνου» και τα εργοστάσια παραγωγής υδρογόνου ετοιμάζονται το ένα μετά το άλλο.
H άλλη εστία προώθησης του θέματος είναι οι αυτοκινητοβιομηχανίες. H BMW, η Daimler-Chrysler, η Ford, η General Motors, η Honda, η Hyundai, η Nissan, η Toyota, η Volkswagen… όλες έχουν δημιουργήσει μοντέλα υδρογόνου και τα έχουν δώσει σε πιλοτική χρήση. Στο Λονδίνο κυκλοφορούν και παραδοσιακά ταξί μεταλλαγμένα σε «υδρογονικά». Λεωφορεία αυτού του τύπου κυκλοφορούν εδώ και χρόνια στο Τορόντο, στο Σικάγο και στο Μόναχο, και σύντομα θα κυκλοφορήσουν στο Λονδίνο, στο Αμβούργο και στη Μαδρίτη. Ακόμη και η Boeing έχει μπει στον συρμό και ετοιμάζει για τον προσεχή Δεκέμβριο να πετάξει ένα πειραματικό μονοθέσιο αεροσκάφος, με ώση από ένα fuel cell των 25 κιλοβάτ. Ο πυρετός της προετοιμασίας για τη νέα εποχή είναι μεταδοτικός και ενισχύεται από τη συμπαράταξη των κολοσσών του πετρελαίου, των ΒΡ, ChevronTexaco, ExxonMobil και Royal Dutch/Shell.
H τρίτη εστία κινητοποίησης είναι το καταναλωτικό πεδίο της «ενεργειακά αυτοδύναμης οικογένειας». Η αμερικανική κατασκευάστρια ειδών camping εταιρεία Coleman παρουσίασε πρόσφατα την πρώτη οικιακή «μπαταρία καυσίμου» στην αγορά, μια γεννήτρια ρεύματος για την περίπτωση διακοπής της παροχής της «ΔΕΗ». Ηδη αρκετές επιχειρήσεις των ΗΠΑ έχουν εξοπλίσει τα κτίρια γραφείων τους με αυτή τη γεννήτρια ανάγκης. Την προηγούμενη εβδομάδα εξάλλου η ιαπωνική εταιρεία Honda ανακοίνωσε ότι ετοιμάζει οικιακές γεννήτριες υδρογόνου που θα παράγουν το απαιτούμενο καύσιμο για τα οχήματα της οικογένειας. Οι σταθμοί αυτοί θα χρησιμοποιούν φυσικό αέριο για να παρέχουν θέρμανση, ζεστό νερό και ηλεκτρική ενέργεια στο σπίτι, παράλληλα με την παραγωγή του υδρογόνου.
Το νερό λοιπόν μπήκε στο αυλάκι. Ισως την επόμενη – έστω και τη μεθεπόμενη – δεκαετία να δούμε τον πλανήτη μας να απαλλάσσεται οριστικά από το άγχος του «μαύρου χρυσού». Ισως τότε γράψει και η ιστορία ότι σταμάτησαν οι άνθρωποι να πληρώνουν το υγρόν πυρ με αίμα…
