Ενεργειακές Κυψέλες
TEXNIKA ΘΕΜΑΤΑ
ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΥΨΕΛΕΣ
H ΑΝΑΤΟΛΗ TOY ΜΕΛΛΟΝΤΟΣ(;)
Στις αρχές του 21ου αιώνα οι ενεργειακές κυψέλες θα μπορούσαν να οδηγήσουν
στην εξαφάνιση των κινητήρων εσωτερικής καύσης, όπως οι τελευταίοι οδήγησαν
στην εξαφάνιση των ιππήλατων αμαξών στις αρχές του 20ού αιώνα...
του Πέτρου Σακελλαρίου
O ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ εσωτερικής καύσης που κυριαρχεί τρεις γενιές τώρα στο χώρο των
μεταφορών, σίγουρα έχει αυξήσει πολύ τη δυνατότητα αυτόνομης μετακίνησης
του ανθρώπου. Όμως η τεχνολογία αυτών των κινητήρων προκάλεσε ρύπανση της
ατμόσφαιρας, ενεργειακή εξάρτηση από τα περιορισμένα κοιτάσματα πετρελαίου
και είχε δυσμενή επίδραση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. Ωστόσο πιστεύεται
ότι στην επόμενη δεκαετία οι κατασκευαστές αυτοκινήτων θα έχουν τη
δυνατότητα να αρχίσουν τη διάθεση μίας νέας γενιάς αυτοκινήτων, πολύ
οικονομικών και σχεδόν καθόλου ρυπογόνων. Το καύσιμο που θα χρησιμοποιούν
δε θα είναι ένα και μοναδικό, αλλά θα υπάρχει η δυνατότητα επιλογής από μία
σειρά εναλλακτικών και ασφαλών για το περιβάλλον καυσίμων.
Τα αυτοκίνητα αυτά θα έχουν όλα τα οδηγικά χαρακτηριστικά των σημερινών
βενζινοκίνητων αυτοκινήτων, θα προσφέρουν την ίδια ευχαρίστηση όταν
οδηγούνται και η χρήση τους θα κοστίζει περίπου το ίδιο. H
τεχνολογία-κλειδί για όλα αυτά είναι οι λεγόμενες ενεργειακές κυψέλες (ή
επί το επιστημονικότερον «κελία καυσίμου»). H τεχνολογία αυτή μέχρι σήμερα
έχει εφαρμοστεί στην αεροδιαστημική και σε πολεμικές εφαρμογές (όπως π.χ. η
κίνηση υποβρυχίων). Οι ενεργειακές κυψέλες δεν έχουν μέχρι τώρα
χρησιμοποιηθεί σε αυτοκίνητα λόγω του πολύ υψηλού τους κόστους. Όμως
πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις δίνουν τη δυνατότητα μαζικής παραγωγής
ενεργειακών κυψελών δημιουργώντας έτσι ένα σοβαρό ανταγωνιστή των κινητήρων
εσωτερικής κάυσης στο χώρο των μεταφορών.
ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ
Οι ενεργειακές κυψέλες μετατρέπουν απευθείας την εσωτερική ενέργεια ενός
καυσίμου σε ηλεκτρική, χωρίς να απαιτείται καύση ούτε η κίνηση κάποιων
μηχανικών μερών. Πρόκειται για την έξοδο της τεχνολογίας παραγωγής
ενέργειας από την «εποχή της φωτιάς» και την είσοδό της στην «εποχή της
ηλεκτροχημίας». Με την κατάργηση του ενδιάμεσου σταδίου της καύσης, η χρήση
των ενεργειακών κυψελών στα αυτοκίνητα θα μπορούσε να συμβάλλει ουσιαστικά
στη μείωση της ρύπανσης που προκαλούν τα αυτοκίνητα. Οι ενεργειακές κυψέλες
είναι επίσης δυόμισι με τρεις φορές πιο οικονομικές στην κατανάλωση
καυσίμου.
H ηλεκτρική ενέργεια που παράγουν οι ενεργειακές κυψέλες κινεί έναν ή
περισσότερους ηλεκτροκινητήρες που με τη σειρά τους μεταδίδουν την κίνηση
στους τροχούς του αυτοκινήτου. Οι ηλεκτροκινητήρες αυτοί είναι της ίδιας
τεχνολογίας με τους κινητήρες των ηλεκτρικών οχημάτων «μηδενικών εκπομπών
ρύπων» που παίρνουν την ενέργειά τους από συσσωρευτές. Όμως σε αντίθεση με
τους συσσωρευτές που επαναφορτίζονται από κάποια ειδική συσκευή που
βρίσκεται εκτός αυτοκινήτου ενώ αυτό είναι σταθμευμένο, οι ενεργειακές
κυψέλες παράγουν ενέργεια καταναλώνοντας καύσιμο που βρίσκεται αποθηκευμένο
πάνω στο αυτοκίνητο, όπως γίνεται και με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης.
Τα κύρια μέρη ενός συστήματος ισχύος με ενεργειακές κυψέλες είναι η παροχή
καυσίμου, ένα οξειδωτικό μέσο (συνήθως ατμοσφαιρικό οξυγόνο) και δύο
παράλληλα ηλεκτρόδια μ’ έναν ηλεκτρολύτη ανάμεσά τους. Τα δύο ηλεκτρόδια
συνδέονται μ’ ένα εξωτερικό κύκλωμα, στο οποίο παρεμβάλλεται το φορτίο
(στην περίπτωση του αυτοκινήτου ο ηλεκτροκινητήρας). Τα μόρια του καυσίμου
ελευθερώνουν ηλεκτρόνια στην άνοδο. H έμφυτη τάση του καυσίμου να αντιδρά
με το οξειδωτικό μέσο εκφράζεται σαν μία τάση (Volt) ανάμεσα στα
ηλεκτρόδια, η οποία προκαλεί την κίνηση των ηλεκτρονίων μέσω του φορτίου
από την άνοδο προς την κάθοδο, όπου αντιδρούν με τα μόρια του οξυγόνου προς
σχηματισμό ιόντων οξυγόνου. Το κύκλωμα κλέινει με τη ροή ιόντων μέσω του
ηλεκτρολύτη. Το τελικό αποτέλεσμα όλης αυτής της διαδικασίας είναι η
αντίδραση του καυσίμου και του οξειδωτικού μέσου προς σχηματισμό κυρίως
νερού - και σε ορισμένους τύπους ενεργειακών κυψελών και διοξειδίου του
άνθρακα.
Συνολικά υπάρχουν επτά είδη ενεργειακών κυψελών για τα οποία αυτή τη στιγμή
διεξάγεται έρευνα και εξέλιξη:
1. Ενεργειακές κυψέλες φωσφορικού οξέος
2. Ενεργειακές κυψέλες τηγμένων ανθρακικών αλάτων
3. Ενεργειακές κυψέλες στερεού οξειδίου
4. Αλκαλικές ενεργειακές κυψέλες
5. Ενεργειακές κυψέλες στερεού πολυμερούς
6. Ενεργειακές κυψέλες αγωγού πρωτονίων
7. Ενεργειακές κυψέλες άμεσης στάθμης μεθανόλης
Από αυτά τα είδη το πιο κατάλληλο για εφαρμογή στα αυτοκίνητα φαίνεται πως
είναι το πέμπτο δηλαδή οι ενεργειακές κυψέλες στερεού πολυμερούς που
ονομάζονται και κυψέλες Μεμβράνης Ανταλλαγής Πρωτονίων. Έχουν το
πλεονέκτημα της μεγάλης διάρκειας ζωής σε συνδυασμό με μικρές απαιτήσεις
συντήρησης. O ηλεκτρολύτης που μεταφέρει τα ιόντα είναι μία πολύ λεπτή
μεμβράνη από πολυμερές υλικό. Τα ηλεκτρόδια είναι λεπτά φύλλα από πορώδες
αγώγιμο υλικό καλυμμένα από ένα καταλυτικό στρώμα πλατίνας, το οποίο
επιταχύνει την ταχύτητα των χημικών αντιδράσεων. H όλη διάταξη δεν ξεπερνά
σε πάχος το ένα χιλιοστό. H θερμοκρασία λειτουργίας αυτών των κυψελών είναι
60 με 80® Κελσίου και σαν καύσιμο χρησιμοποιούν υδρογόνο που αντιδρά με
οξυγόνο. Τα τεχνολογικά προβλήματα που υπάρχουν είναι η ευαισθησία των
πλατινένιων ηλεκτροδίων στο μονοξείδιο του άνθρακα (δηλητηριάζονται
εύκολα). Γι’ αυτό απαιτούνται ειδικά κράματα της πλατίνας για την κατασκευή
των ηλεκτροδίων. Από οικονομική άποψη υπάρχει το πρόβλημα του υψηλού
κόστους του πολυμερούς υλικού του ηλεκτρολύτη και των πλατινένιων
ηλεκτροδίων.
Για να κινηθεί ένα αυτοκίνητο απαιτείται μία ολόκληρη συστοιχία τέτοιων
κυψελών βάρους περίπου 125 κιλών και όγκου λίγο μεγαλύτερου από το
ρεζερβουάρ ενός σύγχρονου αυτοκινήτου.
Μολονότι το καύσιμο αυτών των κυψελών είναι το υδρογόνο, το αυτοκίνητο
μπορεί να μην εφοδιάζεται με καθαρό υδρογόνο, αλλά με κάποιον «φορέα
υδρογόνου» που μετατρέπεται σε υδρογόνο κατά τη διάρκεια της λειτουργίας
του αυτοκινήτου. Στην περίπτωση που πάνω στο αυτοκίνητο αποθηκεύεται καθαρό
υδρογόνο, αυτό γίνεται με διάφορους τρόπους όπως με τη μορφή συμπιεσμένου
αερίου, σε υγρή μορφή ή σαν υδρίδιο κάποιου μετάλλου. Εναλλακτικά θα
μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μεθανόλη (ένα είδος αλκοόλης) σαν φορέας
υδρογόνου. Σε αυτή την περίπτωση ένα αέριο μίγμα υδρογόνου και διοξειδίου
του άνθρακα παράγεται πάνω στο αυτοκίνητο με αντίδραση της μεθανόλης με
ατμό και τη βοήθεια ενός καταλυτικού υλικού. Από το αέριο αυτό μίγμα η
ενεργειακή κυψέλη παίρνει το καύσιμο υδρογόνο που χρειάζεται. Μολονότι η
χρήση ενός φορέα υδρογόνου όπως η μεθανόλη περιπλέκει τα πράγματα, ένα
τέτοιο καύσιμο μεταφέρεται και αποθηκεύεται πιο εύκολα και με μεγαλύτερη
ασφάλεια από το καθαρό υδρογόνο.
Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του καθαρού υδρογόνου και των φορέων
υδρογόνου όπως η μεθανόλη θα αποτελέσουν αντικείμενο συζήτησης και
εκτεταμένης έρευνας στο μέλλον, όταν θα διαδίδεται σιγά-σιγά η χρήση των
αυτοκινήτων με ενεργειακές κυψέλες εις βάρος αυτών με κινητήρα εσωτερικής
κάυσης. Και τα δύο είδη καυσίμου μπορούν να παραχθούν από μία μεγάλη
ποικιλία πρώτων υλών, όπως το φυσικό αέριο, τα αστικά απόβλητα, η βιομάζα
και το κάρβουνο.
ΑΠΟΔΟΣΗ KAI AYTONOMIA
Εκτός από το αρχικό κόστος, τον καταναλωτή ενδιαφέρουν χαρακτηριστικά όπως
η κατανάλωση καυσίμου, οι επιδόσεις, ο χρόνος που απαιτείται για
ανεφοδιασμό και τα χιλιόμετρα που μπορεί να διανύσει το αυτοκίνητο ανάμεσα
σε δύο ανεφοδιασμούς. Αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν ενεργειακές κυψέλες και
καταναλώνουν απευθείας καθαρό υδρογόνο μπορούν να έχουν τρεις φορές
μικρότερη κατανάλωση καυσίμου από αντίστοιχα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα. Αν
χρησιμοποιείται κάποιος φορέας υδρογόνου (π.χ. μεθανόλη) τότε η κατανάλωση
καυσίμου είναι δυόμισι φορές μικρότερη. Έτσι ακόμα κι αν το καύσιμο των
ενεργειακών κυψελών είναι ακριβότερο, αυτές μπορούν να εξακολουθήσουν να
είναι ανταγωνιστικές με τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, υπό την
προϋπόθεση ότι η αρχική τιμή αγοράς ενός αυτοκινήτου με ενεργειακές κυψέλες
δε θα είναι πολύ υψηλότερη από την τιμή ενός συμβατικού αυτοκινήτου.
Όπως και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρίες που ολοένα και περισσότερο
κάνουν αισθητή την παρουσία τους στην αγορά, έτσι και τα αυτοκίνητα με
ενεργειακές κυψέλες θα είναι πολύ πιο αθόρυβα και θα έχουν πολύ μικρότερες
απαιτήσεις συντήρησης από τα αυτοκίνητα με κινητήρα εσωτερικής καύσης. Αυτό
οφείλεται κυρίως στην ύπαρξη λιγότερων κινούμενων μηχανικών μερών και την
αντίστοιχη μείωση των φθορών κατά τη λειτουργία. H διάρκεια ζωής των
ενεργειακών κυψελών μεβράνης ανταλλαγής πρωτονίων ξεπερνάει κατά πολύ τη
μέση διάρκεια ζωής των υπόλοιπων εξαρτημάτων του αυτοκινήτου. Έτσι θα είναι
δυνατή η ανακύκλωση των ενεργειακών κυψελών μετά το τέλος της ζωής των
αυτοκινήτων.
Ένα από τα πλεονεκτήματα των αυτοκινήτων με ενεργειακές κυψέλες θα είναι η
κίνησή τους με ηλεκτροκινητήρα. Οι ηλεκτροκινητήρες αποδίδουν περισσότερη
ροπή (άρα και ισχύ) στις χαμηλότερες ταχύτητες που χαρακτηρίζουν τις
περισσότερες συνθήκες οδήγησης. Επίσης, η απόκριση των ηλεκτροκινητήρων στο
γκάζι είναι πιο άμεση. Αποτέλεσμα αυτών των δύο παραγόντων είναι η
μεγαλύτερη ευκολία χρήσης των αυτοκινήτων με ενεργειακές κυψέλες. Λόγω της
αμεσότητας της απόκρισης και της μεγάλης ροπής από χαμηλές στροφές, είναι
πιθανόν αυτά τα αυτοκίνητα να σχεδιάζονται με μικρότερη μέγιστη ισχύ που
έτσι κι αλλιώς σπάνια τη χρειάζεται ο οδηγός.
Για να είναι άμεσα διαθέσιμη όλη η ισχύς στα ξεκινήματα και τα
προσπεράσματα, τις ενεργειακές κυψέλες θα συμπληρώνει κάποιο σύστημα
αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας όπως μία συστοιχία από μπαταρίες, ένας
σφόνδυλος ή ένας υπερπυκνωτής. Μπορεί ακόμα να χρησιμοποιείται και κάποιος
συνδυασμός όπως π.χ. μπαταριών με σφόνδυλο. Το σύστημα αποθήκευσης θα
«φορτώνει» από τις ενεργειακές κυψέλες και θα παρέχει στον ηλεκτροκινητήρα
την ισχύ που θα απαιτείται σε κάθε περίπτωση. Επίσης, κατά το φρενάρισμα η
λειτουργία του κινητήρα θα αντιστρέφεται, οπότε η κινητική ενέργεια του
οχήματος θα μετατρέπεται σε ηλεκτρική (από τον κινητήρα που θα λειτουργεί
σαν γεννήτρια) και θα αποθηκεύεται πάλι στο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας.
Μ’ αυτό τον τρόπο αναμένεται ότι θα γίνεται σημαντική εξοικονόμηση
ενέργειας που σήμερα πάει χαμένη με τη μορφή θερμότητας στα φρένα. Το
σύστημα αποθήκευσης ενέργειας των αυτοκινήτων με ενεργειακές κυψέλες θα
έναι σημαντικά μικρότερο και ελαφρύτερο από μία συστοιχία μπαταριών που
κινεί ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο.
Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας των ενεργειακών
κυψελών είναι ότι τα αυτοκίνητα που θα τις χρησιμοποιούν θα μπορούν να
ανεφοδιάζονται με καύσιμα με τρόπο και σε χρόνο ανάλογο με τα σημερινά
βενζινοκίνητα αυτοκίνητα. Αυτό τους δίνει ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε
σύγκριση με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρίες που χρειάζεται πολλές ώρες
επαναφόρτισης σε πλήρη ακινησία.
H απόσταση που θα μπορεί να διανύσει ένα αυτοκίνητο ενεργειακών κυψελών μ’
ένα γέμισμα θα εξαρτάται από τον τύπο του καυσίμου. Αν το καύσιμο είναι
μεθανόλη, τότε η αυτονομία είναι συγκρίσιμη με αυτήν των βενζινοκίνητων
αυτοκινήτων. Αν το καύσιμο είναι καθαρό υδρογόνο τότε η αυτονομία είναι
μικρότερη, λόγω της χαμηλότερης ενεργειακής περιεκτικότητας του καθαρού
υδρογόνου. Όμως και πάλι με τη χρήση της κατάλληλης διάταξης αποθήκευσης
υδρογόνου η αυτονομία θα είναι δυνατόν να φτάσει τα 400 χιλιόμετρα. O όγκος
της δεξαμενής αποθήκευσης του καυσίμου θα είναι ο ίδιος με τον όγκο ενός
σημερινού ρεζερβουάρ βενζίνης. H αυτονομία θα είναι η ίδια, παρά τη χαμηλή
ενεργειακή περιεκτικότητα του υδρογόνου και της μεθανόλης έναντι της
βενζίνης, λόγω της πολύ χαμηλότερης κατανάλωσης των ενεργειακών κυψελών
(2,5 έως 3 φορές μικρότερη από τους κινητήρες εσωτερικής κάυσης).
ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ KAI ΑΣΦΑΛΕΙΑ
Οι ρύποι που παράγουν τα σημερινά αυτοκίνητα είναι δύο κατηγοριών. Οι
τοπικοί ρύποι που είναι δηλητηριώδεις και δημιουργούν άμεσο πρόβλημα στο
περιβάλλον των περιοχών που εμφανίζονται, και οι ρύποι που εντείνουν το
φαινόμενο του θερμοκηπίου, όπως το διοξείδιο του άνθρακα. Τα αυτοκίνητα με
ενεργειακές κυψέλες θα συμβάλλουν σημαντικά στη μείωση και των δύο
κατηγοριών ρύπων. Αν το καύσιμο είναι καθαρό υδρογόνο, τότε το μόνο
παράγωγο της λειτουργίας της ενεργειακής κυψέλης είναι... καθαρό νεράκι. Αν
πάλι χρησιμοποιηθεί κάποιος φορέας υδρογόνου όπως η μεθανόλη, τότε
παράγονται και μικρές ποσότητες μονοξειδίου και διοξειδίου του άνθρακα κατά
τη διάρκεια της μετατροπής του καυσίμου σε υδρογόνο. Επίσης, εκπέμπονται
ελάχιστοι ρύποι λόγω εξάτμισης του καυσίμου από το ρεζερβουάρ του. Οι ρύποι
αυτοί είναι πάρα πολύ λιγότεροι από τους ρύπους των συμβατικών αυτοκινήτων.
Επίσης, ελάχιστοι είναι και οι ρύποι που δημιουργούνται κατά τη διαδικασία
παραγωγής του καυσίμου των ενεργειακών κυψελών. Αυτό το τελευταίο
χαρακτηριστικό δίνει το προβάδισμα στις ενεργειακές κυψέλες ακόμα και
έναντι των μπαταριών που κινούν τα 100% ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Και αυτό
γιατί το ρεύμα που απαιτείται για τη φόρτιση των μπαταριών κάπου πρέπει να
παράγεται και όπως όλοι γνωρίζουμε οι μέθοδοι παραγωγής ηλεκτρικής
ενέργειας δεν είναι και πολύ «καθαρές». Υπολογίζεται ότι αν γενικευτεί η
χρήση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, την ίδια (ή και μεγαλύτερη για τα οξείδια
του αζώτου και του θείου) ρύπανση που προκαλούν σήμερα οι βενζινοκινητήρες
θα την προκαλούσαν τα εργοστάσια παραγωγής ρεύματος, λειτουργώντας πιο
εντατικά για να καλύψουν την αυξημένη ζήτηση. Ακόμα κι αν χρησιμοποιηθεί
πυρηνική ενέργεια, υπάρχει πάντα το πρόβλημα των πυρηνικών αποβλήτων.
Φαίνεται λοιπόν, πως οι ενεργειακές κυψέλες είναι η πλέον ολοκληρωμένη
οικολογική πρόταση για την κίνηση των αυτοκινήτων στο μέλλον, προσφέροντας
ταυτόχρονα αυτονομία εφάμιλλη με των σημερινών κινητήρων εσωτερικής καύσης.
Το ίδιο μειωμένη θα είναι και η επιβάρυνση του φαινόμενου του θερμοκηπίου
με τη χρήση των ενεργειακών κυψελών. Οι υπολογισμοί έδειξαν πως η άμεση
επιβάρυνση του φαινομένου του θερμοκηπίου από τις ενεργειακές κυψέλες θα
είναι μικρότερη ακόμα και από την έμμεση -λόγω αυξημένης παραγωγής
ηλεκτρικής ενέργειας- επιβάρυνση από τη χρήση μπαταριών στα ηλεκτρικά
αυτοκίνητα. Και ακόμα και αυτή η μικρή επιβάρυνση θα μπορούσε πρακτικά να
μηδενιστεί με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την παραγωγή του
καυσίμου των ενεργειακών κυψελών.
Όσον αφορά το πρόβλημα της ασφάλειας του υδρογόνου που ίσως απασχολήσει την
κοινή γνώμη, οι ειδικοί λένε πως οι κίνδυνοι του υδρογόνου υπερεκτιμώνται.
Στην πραγματικότητα η χρήση του υδρογόνου συνεπάγεται ρίσκα διαφορετικά από
αυτά των συμβατικών καυσίμων, όχι όμως και πιο επικίνδυνα. Όλα τα καύσιμα
είναι ασφαλή αν μεταφέρονται, αποθηκεύονται και χρησιμοποιούνται σύμφωνα με
τις προδιαγραφές ασφαλείας που ισχύουν σε κάθε περίπτωση. Αν δεν τηρηθούν
οι προδιαγραφές, τότε όλα τα καύσιμα είναι επικίνδυνα.
ΚΟΣΤΟΣ ΧΡΗΣΗΣ
Το κόστος τον πρωτότυπων ενεργειακών κυψελών είναι υψηλό και δεν μπορεί να
γίνει ακόμα ασφαλής πρόβλεψη για το πόσο θα πέσει το κόστος όταν αρχίσει η
μαζική παραγωγή αυτοκινήτων με ενεργειακές κυψέλες. Παρόλα αυτά κάποιες
εκτιμήσεις που γίνονται μιλούν για κόστος συγκρίσιμο με το κόστος των
σημερινών αυτοκινήτων.
Πρώτα απ’ όλα η τιμή πώλησης των αυτοκινήτων με ενεργειακές κυψέλες θα
καθοριστεί από τις οικονομίες κλίμακας που γίνονται στη μαζική παραγωγή. Το
κόστος ενός μαζικά παραγόμενου προϊόντος μπορεί να εκτιμηθεί από το κόστος
των πρώτων υλών και το κόστος της τεχνολογίας παραγωγής. H μόνη σπάνια
πρώτη ύλη των ενεργειακών κυψελών είναι η πλατίνα των ηλεκτροδίων.
Πρόσφατες τεχνικές βελτιώσεις έχουν μειώσει κατά 40 περίπου φορές την
ποσότητα πλατίνας που απαιτείται για την κατασκευή ενεργειακών κυψελών. Από
την άλλη πλευρά δεν υπάρχει ανάγκη χρήσης τριοδικού καταλύτη (που επίσης
περιέχει πλατίνα) για τον καθαρισμό των καυσαερίων στα αυτοκίνητα με
ενεργειακές κυψέλες και έτσι σε μεγάλο βαθμό εξισορροπείται η ποσότητα της
πλατίνας που χρειάζεται, σε σχέση με τα σύγχρονα αυτοκίνητα. Υπολογίζεται
πως τελικά το πρόσθετο κόστος ανά αυτοκίνητο δε θα ξεπερνά τα 200 δολάρια
ΗΠΑ.
Ένα άλλο ακριβό κατασκευαστικό υλικό των ενεργειακών κυψελών είναι η
μεμβράνη πολυμερούς υλικού του ηλεκτρολύτη. Σήμερα το κόστος ανά αυτοκίνητο
είναι αρκετές χιλιάδες δολάρια. Όμως υπολογίζεται ότι το κόστος αυτό θα
πέσει σημαντικά αν αρχίσει η μαζική παραγωγή. Παράλληλα γίνονται συνεχώς
νέες έρευνες για φτηνότερες εναλλακτικές λύσεις. Τα υπόλοιπα υλικά από τα
οποία κατασκευάζονται οι ενεργειακές κυψέλες είναι κοινά και το κόστος τους
σε μαζική παραγωγή είναι χαμηλό και μπορεί άμεσα να προβλεφθεί.
Όλοι αυτοί οι υπολογισμοί δικαιολογούν την εκτίμηση ότι τα αυτοκίνητα με
ενεργειακές κυψέλες θα έχουν τελικά κόστος της ίδιας τάξης μεγέθους με αυτό
των σημερινών αυτοκινήτων που σε απόλυτες τιμές θα είναι βέβαια λίγο
υψηλότερο αλλά πάντως όχι απαγορευτικό. Από την άλλη πλευρά, το κόστος
λειτουργίας των ενεργειακών κυψελών θα είναι χαμηλότερο σε σύγκριση με το
κόστος των κινητήρων εσωτερικής καύσης χάρη στη μικρότερη κατανάλωση
καυσίμου και τις μικρότερες απαιτήσεις συντήρησης. Αν λοιπόν το αρχικό
κόστος απόκτησης είναι συγκρίσιμο και το κόστος λειτουργίας μικρότερο, τότε
το συνολικό κόστος χρήσης ενός αυτοκινήτου με ενεργειακές κυψέλες στη
διάρκεια της ζωής του θα είναι μικρότερο από το κόστος ενός συμβατικού
αυτοκινήτου, έστω και οριακά. Αλλά ακόμα κι αν η αρχική τιμή αγοράς είναι
πολύ ακριβότερη από αυτήν που εκτιμάται, πάλι το συνολικό κόστος των
ενεργειακών κυψελών θα ήταν ανταγωνιστικό, δηλαδή μέσα στα όρια της αγοράς.
ΑΝΑΓΚΕΣ ΣΕ ΥΠΟΔΟΜΗ
Βέβαια, για να διαδοθεί η χρήση των ενεργειακών κυψελών πρέπει να
δημιουργηθεί η κατάλληλη υποδομή. Τα πράγματα σε αυτή την περίπτωση είναι
απλούστερα απ’ ότι με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Αρκεί να εξελιχθούν τα
κατάλληλα καύσιμα και να αρχίσει η διάθεσή τους από τα ήδη υπάρχοντα δίκτυα
διανομής.
Ανακεφαλαιώνοντας, μπορεί κανείς να πει με σχετική ασφάλεια, ότι ήδη έχει
ανατείλει μία νέα εποχή στο χώρο των μεταφορών. O μέσος πολίτης, με τον ένα
ή τον άλλο τρόπο, θα έρθει σε μερικά χρόνια σε επαφή με τις ενεργειακές
κυψέλες. Και μέχρι το έτος 2025 μπορεί όταν μιλάμε για λεωφορεία
αντιρρυπαντικής τεχνολογίας να εννοούμε λεωφορεία με ενεργειακές κυψέλες
που εκπέμπουν μόνο νερό. Τα μηνύματα που έρχονται σήμερα από τις ΗΠΑ
(κυρίως) μας επιτρέπουν να έχουμε τέτοιες ελπίδες._Π.Σ.
Στις ενεργειακές κυψέλες μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων η προδιάθεση του
υδρογόνου να αντιδρά με το οξυγόνο δημιουργεί μία τάση ανάμεσα στα δύο
ηλεκτρόδια. Στην άνοδο το καύσιμο υδρογόνο ιονίζεται. H τάση οδηγεί τα
ηλεκτρόνια που ελευθερώνονται από την άνοδο στην κάθοδο μέσω του
ηλεκτροκινητήρα του αυτοκινήτου. Στην κάθοδο τα ηλεκτρόνια αυτά αντιδρούν
με το οξυγόνο σχηματίζοντας ιόντα οξυγόνου. Το κύκλωμα κλείνει με τη ροή
των θετικών ιόντων υδρογόνου από της άνοδο προς την κάθοδο μέσω του
ηλεκτρολύτη. Εκεί τα ιόντα υδρογόνου αντιδρούν με τα ιόντα οξυγόνου
σχηματίζοντας νερό. H πλατίνα στα ηλεκτρόδια λειτουργεί σαν καταλύτης που
επιταχύνει τις αντιδράσεις.
Το μεσοπρόθεσμο κόστος χρήσης των ενεργειακών κυψελών εκτιμάται ότι θα
είναι ελαφρά μικρότερο από το κόστος των κινητήρων εσωτερικής κάυσης και το
κόστος των ηλεκτρικών αυτοκινήτων με μπαταρίες.
Μακροπρόθεσμα το κόστος χρήσης των ενεργειακών κυψελών εκτιμάται ότι θα
είναι συγκρίσιμο οριακά με το κόστος των κινητήρων εσωτερικής καύσης και το
κόστος των ηλεκτρικών αυτοκινήτων με μπαταρίες.
Το υδρογόνο ή η μεθανόλη για τις ενεργειακές κυψέλες πιθανόν να παράγονται
αρχικά από το φυσικό αέριο. Αργότερα σαν πρώτη ύλη θα χρησιμοποιηθεί η
βιομάζα και το κάρβουνο. Στον πίνακα εμφανίζονται συγκρίσεις του κόστους
παραγωγής διαφόρων καυσίμων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
Μεσοπρόθεσμα το ενεργειακό δίκτυο που θα υποστηρίζει τα οχήματα που θα
κινούνται με ενεργειακές κυψέλες θα επιβαρύνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου
σημαντικά λιγότερο από τα θερμικά και τα ηλεκτρικά οχήματα. Μακροπρόθεσμα η
επιβάρυνση αυτή μπορεί ακόμα και να μηδενιστεί με τη χρήση ανανεώσιμων
πηγών ενέργειας για την παραγωγή των καυσίμων.
Σύγκριση της ρύπανσης που προέρχεται από αυτοκίνητο με μηχανή εσωτερικής
καύσης και αυτοκίνητο με ενεργειακές κυψέλες.