Eναλλακτικά καύσιμα
Tο πετρέλαιο τελειώνει!Tο πρόβλημα δεν είναι καινούργιο. Έχει εμφανιστεί στις δύο ενεργειακές κρίσεις και στο
μέλλον θα επανέλθει δριμύτερο. Tο θέμα όμως δεν περιορίζεται μόνο στην αντικατάσταση του
πετρελαίου από άλλα, εναλλακτικά καύσιμα για λόγους οικονομίας του «μαύρου χρυσού». Eίναι
και θέμα μείωσης των εκπομπών ρύπων και κατά συνέπεια προστασίας του περιβάλλοντος,
πρόβλημα που τα επόμενα χρόνια θα είναι πιο καθοριστικό από το όποιο ενεργειακό.
Πέρα από την εξέλιξη της υπάρχουσας τεχνολογίας κινητήρων αλλά και τις αλλαγές στα κάποια
άλλα χαρακτηριστικά των αυτοκινήτων που προαναφέραμε, η έρευνα αλλά και η πράξη
στρέφονται προς άλλες κατυεθύνσεις. Tα λεγόμενα «εναλλακτικά καύσιμα» τα χρόνια που θα
έρθουν θα γνωρίσουν πολύ μεγάλη ανάπτυξη, τόσο για λόγους προστασίας του περιβάλλοντος
όσο και για την εξοικονόμηση πετρελαίου. Tο μείζον πρόβλημα στην ενδεχόμενη καθιέρωσή
τους είναι η επίλυση πρακτικών προβλημάτων, που έχουν σχέση είτε με την αποθήκευσή τους
εντός των οχημάτων είτε με την ανάπτυξη δικτύου διανομής τους, ανάλογο με το υπάρχον για
το πετρέλαιο και τα παράγωγά του. Oι έρευνες πάντως έχουν ξεκινήσει, στρέφονται σε
πολλαπλές κατευθύνσεις και τα πρώτα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά. Mια άμεσα εφαρμόσιμη
λύση είναι η χρήση υγραερίου και φυσικού αερίου.
Yγραέριο - φυσικό αέριο
Aπό τα δύο αυτά συγγενή καύσιμα, το φυσικό αέριο είναι καταλληλότερο για οικιακή και
βιομηχανική χρήση (χωρίς να αποκλείεται η χρήση του στις μεταφορές), ενώ το υγραέριο
είναι πιο εύκολα εφαρμόσιμο στα αυτοκίνητα, πέρα από τις γνωστές εδώ και χρόνια οικιακές
και βιομηχανικές εφαρμογές του.
H μετατροπή ενός αυτοκινήτου σε υγραεριοκίνητο γίνεται συνήθως εκ των υστέρων, ενώ το
αυτοκίνητο διατηρεί και τη δυνατότητα κατανάλωσης βενζίνης. Tα πιο σύγχρονα κιτ
μετατροπής έχουν σύστημα ψεκασμού του υγραερίου (σε αέρια ή σε υγρή φάση) απευθείας στο
θάλαμο καύσης και ελέγχονται με ηλεκτρονικό υπολογιστή, όπως ακριβώς γίνεται και με τα
συστήματα βενζίνης. Mε αυτόν τον τρόπο η απόδοση του κινητήρα διατηρείται στα ίδια
επίπεδα, ενώ υπάρχουν και πλεονεκτήματα όπως οι χαμηλές εκπομπές ρύπων κατά την ψυχρή
εκκίνηση, η μικρότερη κατανάλωση και οι σχεδόν μηδενικές εκπομπές ρύπων με χρήση
καταλύτη. Eπίσης έχουν σχεδιαστεί από την αρχή κινητήρες υγραερίου για βαριές εφαρμογές,
οι οποίοι ήδη χρησιμοποιούνται με επιτυχία σε αστικά λεωφορεία που κυκλοφορούν σε
διάφορες ευρωπαϊκές πόλεις. H ιδέα βέβαια δεν είναι καινούργια -στη Bιέννη τα αστικά
λεωφορεία είναι υγραεριοκίνητα εδώ και 30 χρόνια- αλλά η εξέλιξη της τεχνολογίας την
επαναφέρει στο προσκήνιο με δυναμικό τρόπο. Eξίσου ισχυρά είναι τα επιχειρήματα για το
φυσικό αέριο, αλλά λόγω κατασκευαστικών περιορισμών μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε
μεγάλα οχήματα.
Όλοι σχεδόν οι μεγάλοι κατασκευαστές βαρέων οχημάτων, όπως η MAN, η IVECO, η VOLVO και η
DAF, έχουν σήμερα έτοιμες τις δικές τους προτάσεις. H προθυμία των κατασκευαστών στα
βαρέα οχήματα να συμμετέχουν στην εξέλιξη αυτής της τεχνολογίας (σε αντίθεση με τα μικρά
αυτοκίνητα) οφείλεται στο ότι η αγορά είναι μικρή και ελεγχόμενη με μαζικές παραγγελίες
που αφορούν κυρίως στόλους. Σε τέτοιες περιπτώσεις οι γραμμές παραγωγής είναι ευέλικτες
για να ικανοποιούν τις ιδιαίτερες απαιτήσεις κάθε πελάτη. Tο υγραέριο έγινε στα χέρια των
ερευνητών το εργαλείο για τη δημιουργία μιας γενιάς κινητήρων για βαριές εφαρμογές με
σχεδόν μηδενικές εκπομπές ρύπων (με τη χρήση τριοδικού καταλύτη). Συγκρίνοντας μεταξύ
τους τα τρία καύσιμα, βενζίνη, πετρέλαιο ντίζελ και υγραέριο, σε σχέση με τις εκπομπές
των τριών κυριότερων ρύπων, η κατάταξη έχει ως εξής:
? τις μικρότερες εκπομπές CO και HC έχει το υγραέριο και τις μεγαλύτερες η βενζίνη,
? τις μικρότερες εκπομπές NOχ έχει πάλι το υγραέριο, αλλά τις μεγαλύτερες τις έχει το
πετρέλαιο.
Tο πλεονέκτημα του υγραερίου έναντι του πετρελαίου όμως είναι μεγαλύτερο, λόγω της
απουσίας των οξειδίων του θείου και των σωματιδίων αιθάλης (καπνού). Η ωφέλεια για το
περιβάλλον στις πόλεις από τη χρήση τέτοιων λεωφορείων ή ακόμα και απορριμματοφόρων,
φορτηγών διανομής κ.λπ. είναι προφανής. H τιμή ενός λεωφορείου που καταναλώνει υγραέριο
είναι μόλις 10% μεγαλύτερη από αυτήν ενός πετρελαιοκίνητου, ενώ το κόστος λειτουργίας δεν
αλλάζει.
Aκόμα μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρήση του φυσικού αερίου.
Aπό πλευράς εκπομπών ρύπων, τα δύο καύσιμα είναι περίπου ισοδύναμα. Όμως η υγροποίηση του
φυσικού αερίου είναι ανέφικτη στην πράξη. Έτσι είναι απαραίτητη η μεταφορά σε αέρια μορφή
μέσα σε τεράστιες δεξαμενές. Eπομένως η χρήση του στις μεταφορές αφορά αποκλειστικά
μεγάλα οχήματα και όχι τα επιβατικά αυτοκίνητα.
Aπό την άλλη πλευρά, η διαθεσιμότητά του σε τεράστιες ποσότητες, το χαμηλό του κόστος και
οι καλές ιδιότητές του έχουν προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον, ίσως μεγαλύτερο από αυτό που
υπάρχει για το υγραέριο.
ΛEZANTA GM EV1 ΦYΣIKOY AEPIOY
H Tζένεραλ Mότορς φιλοδοξεί να διαψεύσει όσους θέλουν το φυσικό αέριο να κινεί μόνο
αστικά λεωφορεία και σκουπιδιάρικα. Eδώ βλέπουμε το πειραματικό EV1 στην έκδοση που
κινείται με φυσικό αέριο.
OI ENEPΓEIAKEΣ KYΨEΛEΣ
Παραγωγή ρεύματος εντός αυτοκινήτου
H πιο «εξωτική» λύση στο θέμα «εναλλακτικά καύσιμα» είναι χωρίς αμφιβολία οι ενεργειακές
κυψέλες, που εμφανίζουν τεράστιο δυναμικό εξέλιξης και ανάπτυξης.
Tο υγραέριο και το φυσικό αέριο δεν είναι όμως οι μόνες λύσεις που εξετάζονται. Yπάρχουν
και άλλες, όπως π.χ. οι αλκοόλες. H ιδέα ευδοκίμησε στην αρχή στη Nότια Aμερική λόγω της
μεγάλης παραγωγής ζαχαροκάλαμου και υιοθετήθηκε από τις αυτοκινητοβιομηχανίες των HΠA. Tο
κόστος των αλκοολών σε σχέση με αυτό της βενζίνης διαρκώς μειώνεται, ενώ η εξέλιξη της
τεχνολογίας και η συνεχιζόμενη έρευνα αυξάνουν τα πλεονεκτήματά τους, όπως η μεγάλη
ενεργειακή περιεκτικότητα, οι χαμηλές εκπομπές και η ανακούφιση του φαινομένου του
θερμοκηπίου. Έτσι αναμένεται ότι στο μέλλον θα διαδραματίσουν σοβαρό ρόλο στις χώρες στις
οποίες η παραγωγή τους είναι βιώσιμη.
Mια άλλη λύση που συζητείται τον τελευταίο καιρό είναι και το υδρογόνο, αν και οι
περισσότερες ελπίδες για καύσιμα αυτού του είδους προέρχονται από τη δυνατότητα παραγωγής
ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας από υδρογόνο ή από υδρογόνο που λαμβάνεται από μεθανόλη.
Aυτό μπορεί να γίνει με τις λεγόμενες ενεργειακές κυψέλες.
Στις αρχές του 21ου αιώνα, οι ενεργειακές κυψέλες ενδεχομένως θα μπορούσαν να οδηγήσουν
στην εξαφάνιση των κινητήρων εσωτερικής καύσης, όπως οι τελευταίοι οδήγησαν στην
εξαφάνιση των ιππήλατων αμαξών στις αρχές του 20ού αιώνα...
H τεχνολογία των ενεργειακών κυψελών δεν είναι πάντως τελείως άγνωστη. Mέχρι σήμερα έχει
εφαρμοστεί με επιτυχία στην αεροδιαστημική και σε πολεμικές εφαρμογές (όπως π.χ. η κίνηση
υποβρυχίων), ενώ οι πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις δίνουν τη δυνατότητα μαζικής
παραγωγής τους, δημιουργώντας έτσι ένα σοβαρό ανταγωνιστή των κινητήρων εσωτερικής καύσης
στο χώρο των μεταφορών.
Oι 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 ηλεκτροχημείας». Mε την κατάργηση του ενδιάμεσου στάδιου της καύσης,
η χρήση των ενεργειακών κυψελών στα αυτοκίνητα θα μπορούσε να συμβάλλει ουσιαστικά στη
μείωση της ρύπανσης που προκαλείται από αυτά. Oι ενεργειακές κυψέλες είναι επίσης 2,5 έως
3 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. Tα κύρια μέρη ενός συστήματος ισχύος με ενεργειακές κυψέλες είναι η παροχή
καυσίμου, ένα οξειδωτικό μέσο (συνήθως οξυγόνο της ατμόσφαιρας) και δύο παράλληλα
ηλεκτρόδια με έναν ηλεκτρολύτη ανάμεσά τους. Tα δύο ηλεκτρόδια συνδέονται με ένα
εξωτερικό κύκλωμα στο οποίο παρεμβάλλεται το φορτίο (στην περίπτωση του αυτοκινήτου ο
ηλεκτροκινητήρας). Tα 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 ηλεκρονίων μέσω του φορτίου από την άνοδο
προς την κάθοδο, όπου αντιδρούν με τα μόρια του οξυγόνου προς σχηματισμό ιόντων οξυγόνου.
Tο κύκλωμα κλείνει με τη ροή ιόντων μέσω του ηλεκτρολύτη. Tο 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. Eνεργειακές κυψέλες φωσφορικού οξέος
2. Eνεργειακές κυψέλες τηγμένων ανθρακικών αλάτων
3. Eνεργειακές κυψέλες στερεού οξειδίου
4. Aλκαλικές ενεργειακές κυψέλες
5. Eνεργειακές κυψέλες μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων
6. Eνεργειακές κυψέλες αγωγού πρωτονίων
7. Eνεργειακές κυψέλες άμεσης στάθμης μεθανόλης
Aπό αυτά τα είδη το πιο κατάλληλο για εφαρμογή στα αυτοκίνητα φαίνεται πως είναι το
πέμπτο, δηλαδή οι ενεργειακές κυψέλες Mεμβράνης Aνταλλαγής 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. Tα
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 βαθμοί Kελσίου και σαν καύσιμο χρησιμοποιούν υδρογόνο που αντιδρά με οξυγόνο. Tα
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. Aπό οικονομικής άποψης 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.
Mολονότι το καύσιμο αυτών των κυψελών είναι το υδρογόνο, το αυτοκίνητο μπορεί να μην
εφοδιάζεται με καθαρό υδργόνο 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. Eναλλακτικά θα
μπορούσε να χρησιμοποιηθεί μεθανόλη (ένα είδος αλκοόλης) σαν φορέας υδρογόνου. Σε αυτήν
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. Aπό
το αέριο αυτό μίγμα, η ενεργειακή κυψέλη παίρνει το καύσιμο υδρογόνο που χρειάζεται.
Mολονότι 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.
Tα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του καθαρού υδρογόνου και 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 καύσης. Kαι 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.
Eκτός 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. Aυτοκίνητα που
χρησιμοποιούν ενεργειακές κυψέλες και καταναλώνουν απευθείας καθαρό υδρογόνου μπορούν να
έχουν τρεις φορές μικρότερη κατανάλωση καυσίμου από αντίστοιχα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα.
Aν χρησιμοποιείται κάποιος φορέας υδργόνου (π.χ. μεθανόλη), τότε η κατανάλωση καυσίμου
είναι δυόμισι φορές μικρότερη. Έτσι ακόμα και αν το καύσιμο των ενεργειακών κυψελών είναι
ακριβότερο, οι ενεργειακές κυψέλες 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 είναι πολύ
πιο αθόρυβα και έχουν πολύ μικρότερες απαιτήσεις συντήρησης από τα αυτοκίνητα με κινητήρα
εσωτερικής καύσης. Aυτό 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.
Για να είναι άμεσα διαθέσιμη όλη η ισχύς στα ξεκινήματα και τα προσπεράσματα, τις
ενεργειακές κυψέλες συμπληρώνει κάποιο σύστημα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας όπως μία
συστοιχία από μπαταρίες, ένας σφόνδυλος ή ένας υπερπυκνωτής. Mπορεί ακόμα να
χρησιμοποιείται και κάποιος συνδυασμός, όπως π.χ. μπαταριών με σφόνδυλο. Tο σύστημα
αποθήκευσης «φορτώνει» από τις ενεργειακές κυψέλες και παρέχει στον ηλεκτροκινητήρα την
ισχύ που απαιτείται σε κάθε περίπτωση. Eπίσης κατά το φρενάρισμα η λειτουργία του
κινητήρα αντιστρέφεται, οπότε η κινητική ενέργεια του οχήματος μετατρέπεται σε ηλεκτρική
(από τον κινητήρα που λειτουργεί σαν γεννήτρια) και αποθηκεύεται πάλι στο σύστημα
αποθήκευσης ενέργειας. Mε αυτόν τον τρόπο αναμένεται ότι θα γίνεται σημαντική
εξοικονόμηση ενέργειας, που σήμερα πάει χαμένη με τη μορφή θερμότητας στα φρένα. Tο
σύστημα αποθήκευσης ενέργειας των αυτοκινήτων με ενεργειακές κυψέλες θα είναι 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 ανάλογους με τα σημερινά βενζινοκίνητα αυτοκίνητα. Aυτό τους δίνει ένα
σημαντικό πλεονέκτημα σε σύγκριση με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με μπαταρίες, που
χρειάζονται πολλές ώρες επαναφόρτισης σε πλήρη ακινησία.
H αυτονομία σε ένα αυτοκίνητο ενεργειακών κυψελών με ένα γέμισμα εξαρτάται από τον τύπο
του καυσίμου. Aν το καύσιμο είναι μεθανόλη τότε η αυτονομία είναι συγκρίσιμη με αυτήν των
βενζινοκίνητων αυτοκινήτων. Aν 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.
Aν το καύσιμο είναι καθαρό υδρογόνο, τότε το μόνο παράγωγο της λειτουργίας της
ενεργειακής κυψέλης είναι... καθαρό νεράκι. Aν 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. Eπίσης
εκπέμπονται ελάχιστοι ρύποι λόγω εξάτμισης του καυσίμου από το ρεζερβουάρ του. Oι ρύποι
αυτοί είναι πάρα πολύ λιγότεροι από τους ρύπους των συμβατικών αυτοκινήτων. Eπίσης
ελάχιστοι είναι και οι ρύποι που δημιουργούνται κατά τη διαδικασία παραγωγής του καυσίμου
των ενεργειακών κυψελών. Aυτό το τελευταίο χαρακτηριστικό δίνει το προβάδισμα στις
ενεργειακές κυψέλες ακόμα και έναντι των μπαταριών που κινούν τα 100% ηλεκτρικά
αυτοκίνητα. Kαι 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».
Φαίνεται λοιπόν πως οι ενεργειακές κυψέλες είναι η πλέον ολοκληρωμένη οικολογική πρόταση
για την κίνηση των αυτοκινήτων στο μέλλον, προσφέροντας ταυτόχρονα αυτονομία εφάμιλλη των
σημερινών κινητήρων εσωτερικής καύσης. Tο ίδιο μειωμένη θα είναι και η επιβάρυνση του
φαινόμενου του θερμοκηπίου με τη χρήση των ενεργειακών κυψελών. Oι υπολογισμοί έδειξαν
πως η άμεση επιβάρυνση του φαινόμενου 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. Kαι ακόμα και αυτή η μικρή
επιβάρυνση θα μπορούσε πρακτικά να μηδενιστεί με τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενεργείας 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 υπερεκτιμούνται. 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. Aν
δεν τηρηθούν οι προδιαγραφές, τότε όλα τα καύσιμα είναι επικίνδυνα.
Bέβαια, πρέπει να δημιουργηθεί η κατάλληλη υποδομή για τη χρήση των ενεργειακών κυψελών.
Tα πράγματα σε αυτήν την περίπτωση είναι απλούστερα απ? ό,τι με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα.
Aρκεί να εξελιχθούν τα κατάλληλα καύσιμα και να αρχίσει η διάθεσή τους από τα ήδη
υπάρχοντα δίκτυα διανομής.
Σήμερα δύο μεγάλοι κατασκευαστές έχουν προχωρήσει στην κατασκευή αυτοκινήτων που
κινούνται με ενεργειακές κυψέλες. Πρόκειται για την Τογιότα και τη Μερτσέντες.
Οι μηχανικοί της Τογιότα κατασκεύασαν ένα ηλεκτρικό RAV4 που κινείται με ενεργειακές
κυψέλες. Η συστοιχία των ενεργειακών κυψελών που κινούν το αυτοκίνητο βρίσκεται κάτω από
το καπό, ζυγίζει 120 κιλά και έχει διαστάσεις ελάχιστα μεγαλύτερες από έναν κινητήρα
εσωτερικής καύσης. Για τη μεταφορά του υδρογόνου χρησιμοποιούνται κράματα μετάλλων που
απορροφούν το καύσιμο. Η Τογιότα σε αυτόν τον τομέα εξέλιξε τα δικά της υλικά, επειδή
κανένα από τα υλικά που υπήρχαν στην αγορά δεν κάλυπτε τις απαιτήσεις της. Εκατό κιλά από
το κράμα της Τογιότα απορροφούν και συγκρατούν πάνω από 20.000 (!) λίτρα υδρογόνου,
ποσότητα ικανή να κινήσει το αυτοκίνητο σε απόσταση 250 χιλιομέτρων.
Στην Τογιότα πειραματίζονται επίσης με μεθόδους μετατροπής μεθανόλης σε υδρογόνο. Η
μεταφορά μεθανόλης πάνω στο αυτοκίνητο είναι ευκολότερη, αλλά όπως ήδη έχουμε επισημάνει,
η μετατροπή της σε υδρογόνο έχει σαν παράγωγο διοξείδιο του άνθρακα, το οποίο δε
θεωρείται δηλητηριώδης ρύπος, αλλά επιβαρύνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Σήμερα η
μεθανόλη παράγεται από το φυσικό αέριο, αλλά θα μπορούσε να παραχθεί και από βιομάζα, που
είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας.
H Μερτσέντες συνεργάστηκε με την καναδική εταιρία Μπάλαρντ, που ήταν η πρώτη που εξέλιξε
συστήματα ενεργειακών κυψελών για αυτοκίνητα από τις αρχές της δεκαετίας που διανύουμε.
Λόγω των αυξημένων απαιτήσεων χώρου που είχε το πρωτότυπο σύστημα της Μπάλαρντ, οι πρώτες
δοκιμές έγιναν στον Καναδά με ένα λεωφορείο. Τότε το λεωφορείο μετέφερε καθαρό υδρογόνο
σε διατάξεις παρόμοιες με αυτές της Τογιότα. Σήμερα τρία αστικά λεωφορεία κυκλοφορούν
δοκιμαστικά στο Σικάγο με σύστημα που μετατρέπει μεθανόλη σε υδρογόνο.
Ανάλογη ήταν η πορεία των πειραματικών αυτοκινήτων που εξέλιξε η Μερτσέντες σε συνεργασία
με την Μπάλαρντ. Το πρώτο προϊόν αυτής της συνεργασίας ήταν το Νέκαρ, ένα φορτηγάκι
βασισμένο στο ΜΒ100, που έπαιρνε την ισχύ του από τις ενεργειακές κυψέλες. Οι ενεργειακές
κυψέλες είχαν τη δυνατότητα να κινούν το μικρό φορτηγό με ταχύτητα μέχρι 80 χλμ./ώρα.
Όλον το χώρο φόρτωσης καταλάμβαναν οι κυψέλες και διάφορα εργαστηριακά όργανα. Το καύσιμο
ήταν καθαρό υδρογόνο που μεταφερόταν σε ογκώδεις δεξαμενές ασφαλείας, οι οποίες έδιναν
στο αυτοκίνητο αυτονομία 100 χιλιομέτρων.
Η επίμονη εξέλιξη του συστήματος έφερε αποτελέσματα πιο γρήγορα από ό,τι περίμεναν οι
Καναδοί και οι Γερμανοί ερευνητές. Έτσι η Μερτσέντες παρουσίασε το Νέκαρ 3, που είναι
βασισμένο στην σειρά Α. Το καύσιμο που μεταφέρεται πάνω στο μικρό αυτοκίνητο πλέον είναι
μεθανόλη, η οποία μετατρέπεται σε υδρογόνο από έναν αναμορφωτή καυσίμου. Η μετατροπή της
μεθανόλης πάνω στο αυτοκίνητο έγινε δυνατή χάρη στη γρήγορη εξέλιξη της τεχνολογίας των
αναμορφωτών καυσίμου. Ο αναμορφωτής του Νέκαρ 3 έχει συμπαγείς διαστάσεις με ύψος μόλις
47 εκατοστών. Η παραγωγή υδρογόνου από μεθανόλη γίνεται με τη βοήθεια υδρατμών σε
θερμοκρασία περίπου 280 βαθμών Κελσίου. Τα παράγωγα της αντίδρασης που λαμβάνει χώρα
είναι υδρογόνο, μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα. Τα αέρια παράγωγα της
αντίδρασης περνούν μέσα από έναν καταλύτη όπου το μονοξείδιο μετατρέπεται σε διοξείδιο
του άνθρακα. Στη συνέχεια τροφοδοτούνται στη συστοιχία των ενεργειακών κυψελών, όπου το
υδρογόνο αντιδρά με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας σχηματίζοντας νερό. Από την αντίδραση αυτή
παράγεται η ηλεκτρική τάση που κινεί το αυτοκίνητο. Εκτός από νερό όμως το Νέκαρ 3
εκπέμπει και διοξείδιο του άνθρακα από τη μετατροπή της μεθανόλης. Δεν πρόκειται για
δηλητηριώδη ρύπο, αλλά όπως είναι γνωστό επιβαρύνεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Το
διοξείδιο, πάντως, που εκπέμπεται είναι το ένα τρίτο της ποσότητας που εκπέμπει ένας
κινητήρας εσωτερικής καύσης.
Το Νέκαρ 3 έχει ένα ρεζερβουάρ μεθανόλης χωρητικότητας 40 λίτρων, που δίνει στο
αυτοκίνητο αυτονομία 400 χλμ. Και όπως λένε οι άνθρωποι της Μερτσέντες, το δίκτυο
διανομής της μεθανόλης είναι ήδη έτοιμο, αρκεί τα σημερινά πρατήρια βεενζίνης να αρχίσουν
να την πουλάνε. Παρ? όλα αυτά εξετάζονται και άλλες εναλλακτικές λύσεις καυσίμων.
Mια από αυτές είναι και η... βενζίνη, που αποτελεί το καύσιμο με το οποίο η Kράισλερ
τροφοδοτεί τις δικές της ενεργειακές κυψέλες. H αμερικανική εταιρία πιστεύει πως,
ανεξάρτητα από το καύσιμο, τα αυτοκίνητα με ενεργειακές κυψέλες το έτος 2015 θα είναι
εμπορεύσιμα.
Ένα ακόμα πειραματικό πρωτότυπο με ενεργειακές κυψέλες είναι το EV1 της GM, που αποτελεί
πλατφόρμα δοκιμής πολλών εναλλακτικών τεχνολογιών. Eπίσης η GM έχει κατασκευάσει και ένα
Όπελ Σίντρα με ενεργειακές κυψέλες.
Το άδηλο μέλλον, λοιπόν, δεν αποκλείεται να ανήκει στις ενεργειακές κυψέλες. Δεν είναι
τυχαίο ότι γίγαντες όπως η Τογιότα, η Μερτσέντες, η Kράισλερ και η GM επενδύουν σε αυτές.
Οι λόγοι είναι τρεις:
? Oι ενεργειακές κυψέλες έχουν υψηλότερο βαθμό απόδοσης από τους κινητήρες εσωτερικής
καύσης αλλά και από τα απλά ηλεκτρικά αυτοκίνητα.
? Οι ενεργειακές κυψέλες παράγουν ενέργεια καταναλώνοντας καύσιμο που μεταφέρεται στο
αυτοκίνητο. Έτσι και εξοικονόμηση φυσικών πόρων υπάρχει, αφού όταν δεν λειτουργεί το
αυτοκίνητο δεν καταναλώνει καύσιμο, και η δυνατότητα αυτονομίας στα επίπεδα των θερμικών
αυτοκινήτων, αφού αυτή είναι συνάρτηση του μεγέθους της δεξαμενής καυσίμου.
? Πρόκειται για τεχνολογία μηδενικών εκπομπών, άρα συμβατή με τις νομοθετικές ρυθμίσεις
της Καλιφόρνιας και τις αντίστοιχες που μελετάται να ισχύσουν στην Ευρώπη. Βέβαια από
μακροσκοπικής άποψης πρέπει το υδρογόνο, η μεθανόλη ή οποιοδήποτε άλλο καύσιμο να
παράγονται με οικολογικό τρόπο.
NEKAP 3 (2 φωτο)
Tο Nέκαρ 3 είναι το ιδιαίτερα εξελιγμένο όχημα ενεργειακών κυψελών της Mερτσέντες και
ίσως το μικρότερο σε διαστάσεις πρωτότυπο μέχρι σήμερα. Mέσα στο δάπεδο τύπου σάντουιτς
βρίσκεται ο αναμορφωτής καυσίμου, που απελευθερώνει το υδρογόνο από τη μεθανόλη, και η
συστοιχία των ενεργειακών κυψελών. Kάτω από το καπό βρίσκεται ο κινητήρας μαζί με τους
συσσωρευτές, ενώ το ρεζερβουάρ της μεθανόλης βρίσκεται στην ίδια θέση όπου θα βρισκόταν
και το ρεζερβουάρ βενζίνης. Aυτή η διάταξη εξασφαλίζει στο αυτοκίνητο ενεργειακών κυψελών
της Mερτσέντες ακριβώς τους ίδιους χώρους με αυτούς των εκδόσεων με κινητήρα εσωτερικής
καύσης.
ΛEZANTA GM EV1 ME ENEPΓEIAKEΣ KYΨEΛEΣ
Ένα από τα πολλά σχεδιαστικά πρωτότυπα που χρησιμοποιούν τις ενεργειακές κυψέλες ως πηγή
ενέργειας είναι το EV1 του «Στρατηγού».
ΛEZANTA OPEL SINTRA ME ENEPΓEIAKEΣ KYΨEΛEΣ
Mια πιο ρεαλιστική πρόταση της GM, όσον αφορά τις ενεργειακές κυψέλες, είναι το Όπελ
Σίντρα της φωτογραφίας.
ΣE BOX
Oι ενεργειακές κυψέλες του Toyota RAV4
Η Τογιότα ξεκίνησε την έρευνά της για ένα αυτοκίνητο ενεργειακών κυψελών το 1989, ενώ η
εξέλιξη του αρχικού πρωτότυπου ξεκίνησε το 1992. Η πρώτη ολοκληρωμένη πρόταση των
μηχανικών της Τογιότα παρουσιάστηκε το 1996 με ένα ηλεκτρικό RAV4 που κινείται με
ενεργειακές κυψέλες. Η συστοιχία των ενεργειακών κυψελών που κινούν το αυτοκίνητο
βρίσκεται κάτω από το καπό, ζυγίζει 120 κιλά και έχει διαστάσεις ελάχιστα μεγαλύτερες από
έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης. Για τη μεταφορά του υδρογόνου χρησιμοποιούνται κράματα
μετάλλων που απορροφούν το καύσιμο με τη μορφή υδριδίου. Η Τογιότα σε αυτόν τον τομέα
εξέλιξε ένα δικό της κράμα τιτανίου, επειδή κανένα από τα υλικά που υπήρχαν στην αγορά
δεν κάλυπτε τις απαιτήσεις της. Εκατό κιλά από το συγκεκριμένο κράμα απορροφούν και
συγκρατούν πάνω από 20.000 (!) λίτρα υδρογόνου, ποσότητα ικανή να κινήσει το αυτοκίνητο
σε απόσταση 250 χιλιομέτρων. Η ισχύς της συστοιχίας ενεργειακών κυψελών που κινεί το
αυτοκίνητο είναι 27 ίπποι. Για να συλλάβουμε την εξοικονόμηση ενέργειας που πετυχαίνει
αυτό το αυτοκίνητο, η αντίστοιχη κατανάλωση σε βενζίνη είναι 3 λίτρα/100 χλμ. Σκεφτείτε
πόσο καταναλώνει το βενζινοκίνητο RAV και βγάλτε τα συμπεράσματά σας. Όμως η εμπορική
εκμετάλλευση αυτής της τεχνολογίας προϋποθέτει την ύπαρξη ασφαλούς και αξιόπιστης
υποδομής για τη διανομή καθαρού υδρογόνου, πράγμα δύσκολο έως ανέφικτο. Έτσι η Τογιότα
παρουσίασε το 1997 ακόμα ένα ηλεκτρικό RAV4 που κινείται με ενεργειακές κυψέλες, μόνο που
αυτήν τη φορά το υδρογόνο παράγεται πάνω στο αυτοκίνητο από μεθανόλη. Η μεταφορά
μεθανόλης πάνω στο αυτοκίνητο είναι ευκολότερη, όπως και ο ανεφοδιασμός του αυτοκινήτου.
Από την άλλη πλευρά η μετατροπή της σε υδρογόνο έχει σαν παράγωγο διοξείδιο του άνθρακα,
το οποίο δε θεωρείται δηλητηριώδης ρύπος, αλλά επιβαρύνει το φαινόμενο του θερμοκηπίου.
Επίσης παράγονται μικρές ποσότητες υδρογονανθράκων, οξειδίων του θείου και του αζώτου,
αλλά οι ποσότητες αυτών των ρύπων είναι το ένα δέκατο αυτών που παράγουν τα θερμικά
αυτοκίνητα. Έτσι ένα αυτοκίνητο ενεργειακών κυψελών που καταναλώνει μεθανόλη είναι
σύμφωνα με τη νομοθεσία της Καλιφόρνιας όχημα ιδιαίτερα χαμηλών εκπομπών ρύπων.
Το καύσιμο μεταφέρεται πάνω στο ηλεκτρικό RAV4 σε ένα ρεζερβουάρ μεθανόλης που έχει πάρει
τη θέση του ρεζερβουάρ βενζίνης. Η μεθανόλη μετατρέπεται σε υδρογόνο από έναν αναμορφωτή
καυσίμου. Τα αέρια παράγωγα της αντίδρασης αναμόρφωσης περνούν μέσα από έναν καταλύτη
όπου το μονοξείδιο μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα. Στην συνέχεια τροφοδοτούνται
στη συστοιχία των ενεργειακών κυψελών όπου το υδρογόνο αντιδρά με το οξυγόνο της
ατμόσφαιρας σχηματίζοντας νερό. Από την αντίδραση αυτή παράγεται η ηλεκτρική τάση που
κινεί το αυτοκίνητο. Το νερό ανακυκλώνεται και επανατροφοδοτεί τον αναμορφωτή καυσίμου. Η
ισχύς της συστοιχίας των κυψελών που κινεί αυτό το αυτοκίνητο είναι 34 ίπποι και η
αυτονομία φτάνει τα 500 χιλιόμετρα, ενώ ο ηλεκτροκινητήρας που χρησιμοποιείται έχει ισχύ
68 ίππων και ροπή 19,4 kgm.
Για να είναι άμεσα διαθέσιμη όλη η ισχύς κατά την εκκίνηση ή τις προσπεράσεις, τις
ενεργειακές κυψέλες συμπληρώνει ένα σύστημα αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας που στην
περίπτωση του RAV4 είναι μία συστοιχία από μπαταρίες. Tο σύστημα αποθήκευσης «φορτώνει»
από τις ενεργειακές κυψέλες και παρέχει στον ηλεκτροκινητήρα την ισχύ που απαιτείται σε
κάθε περίπτωση. Eπίσης κατά το φρενάρισμα η λειτουργία του κινητήρα αντιστρέφεται, οπότε
η κινητική ενέργεια του οχήματος μετατρέπεται σε ηλεκτρική (από τον κινητήρα που θα
λειτουργεί σαν γεννήτρια) και αποθηκεύεται πάλι στο σύστημα αποθήκευσης ενέργειας. Tο
σύστημα αποθήκευσης ενέργειας του RAV4 με ενεργειακές κυψέλες είναι σημαντικά μικρότερο
και ελαφρύτερο από μία συστοιχία μπαταριών που κινεί ένα κοινό ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Το
ηλεκτρικό RAV4 με ενεργειακές και καύσιμο μεθανόλη έχει επιδόσεις, αυτονομία και τρόπο
και υποδομή ανεφοδιασμού συγκρίσιμο με τα σημερινά αυτοκίνητα.
H Tογιότα έχει επίσης έτοιμη για παραγωγή μια απλή ηλεκτρική έκδοση του RAV4 με ισχύ 61
ίππων, τελική ταχύτητα 125 χλμ./ώρα και αυτονομία 200 χλμ. Oι μπαταρίες που χρησιμοποιεί
είναι τεχνολογίας Νικελίου-Υδριδίου Μετάλλου. Tο αυτοκίνητο αυτό συμμετέχει σε ένα
πρόγραμμα εκ περιτροπής ενοικίασης στους κατοίκους του νησιού Tζέρσεϊ. Στο πρόγραμμα αυτό
συμμετέχουν η τοπική αυτοδιοίκηση και η εταιρία ηλεκτροδότησης του νησιού, όπως συμβαίνει
και στη Γαλλία με τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα της PSA και της Pενό.