Η άνοδος του υδρογόνου ως πράσινου καυσίμου καθαρής ενέργειας βρίσκεται σε εξέλιξη εδώ και περισσότερο από μισή χιλιετία. Το 1520, ο Ελβετός ιατρός και αλχημιστής Philippus Aureolus Paracelsus συνέλεξε για πρώτη φορά το τότε άγνωστο αέριο, αφού διέλυσε μέταλλα με θειικό οξύ. Στα μέσα του 19ου αιώνα, ο Ουαλός φυσικός Sir William Grove ανέπτυξε την πρώτη μπαταρία υδρογόνου — ή «βολταϊκή μπαταρία αερίου», όπως την αποκαλούσε.
Στη σύγχρονη εποχή, οι επιστήμονες εργάζονται εντατικά για να μετατρέψουν το υδρογόνο σε έναν πραγματικά ισχυρό διεκδικητή στην καθαρή ενέργεια, ένα αναγκαίο συμπλήρωμα στις ταχέως αναπτυσσόμενες τεχνολογίες όπως η αιολική και η ηλιακή ενέργεια. Ενώ τα οφέλη των οχημάτων που κινούνται με υδρογόνο είναι προφανή (π.χ. τέλος οι χρόνοι φόρτισης), το πράσινο υδρογόνο θα μπορούσε να βοηθήσει στον εκμηδενισμό των ρύπων σε βιομηχανίες που απαιτούν τεράστια ποσά ενέργειας — όπως τα φορτηγά πλοία και οι αερομεταφορές — όπου το βάρος των μπαταριών αποτελεί περιοριστικό παράγοντα.
Το “πράσινο” υδρογόνο
Ωστόσο, ακόμη και μετά από πέντε αιώνες γνώσης γύρω από το υδρογόνο — τον «πρωτοπόρο» στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων — εξακολουθούμε να μην έχουμε αξιόπιστους και χαμηλού κόστους τρόπους για να παράγουμε πράσινο υδρογόνο.
Το υδρογόνο εμφανίζεται σε διάφορες «αποχρώσεις», με το πράσινο υδρογόνο να αποτελεί μόνο μία από αυτές. Φυσικά, το ίδιο το αέριο δεν έχει διαφορετικό χρώμα στην πραγματικότητα. Η «απόχρωση» απλώς υποδηλώνει τον τρόπο παραγωγής του. Το γκρι υδρογόνο παράγεται από μεθάνιο ή άνθρακα, ενώ το μπλε υδρογόνο από φυσικό αέριο. Το πράσινο υδρογόνο, όπως μαρτυρά το όνομά του, παράγεται από ανανεώσιμες πηγές και συνεπώς είναι το πιο φιλικό προς το περιβάλλον. Ωστόσο, είναι και το πιο ακριβό στην παραγωγή, κοστίζοντας έως και δέκα φορές περισσότερο από το γκρι υδρογόνο, σύμφωνα με ορισμένες εκτιμήσεις.
Ο καθαρισμός της παραγωγής υδρογόνου αποτελεί μόνο το μισό «στοίχημα». Η διαδικασία ηλεκτρόλυσης, που διαχωρίζει τα άτομα και παράγει υδρογόνο, απαιτεί συνήθως νερό υψηλής καθαρότητας. Αυτό σημαίνει ότι ακόμη και το «πράσινο» υδρογόνο χρησιμοποιεί πολύτιμους πόρους πόσιμου νερού. Προηγούμενες έρευνες έχουν δείξει ενθαρρυντικά αποτελέσματα στη χρήση θαλασσινού νερού για ηλεκτρόλυση, αλλά μια νέα μελέτη υπό την καθοδήγηση επιστημόνων του Princeton εξετάζει μια πρωτοφανή πηγή για την τροφοδότηση της βιομηχανίας υδρογόνου: τα λύματα.
Μείωση του ανταγωνισμού με το γλυκό νερό
«Η υποδομή υδρογόνου γενικά ανταγωνίζεται τη χρήση γλυκού νερού σε τοπικό επίπεδο», δήλωσε ο Zhiyong Jason Ren του Princeton, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. «Αλλά κάθε πόλη έχει μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων, και αυτό αποτελεί μια ιδιαίτερα κατανεμημένη πηγή νερού για την οικονομία του υδρογόνου.»
Αρχικά η ιδέα φαίνεται αντίθετη προς τη λογική. Πώς θα μπορούσαν τα επεξεργασμένα λύματα να αντικαταστήσουν το υψηλής καθαρότητας νερό; Για να καταστήσουν τα λύματα κατάλληλα, ο Ren και η ομάδα του βασίζονται στο ίδιο συστατικό που χρησιμοποίησε ο Paracelsus πριν από περίπου 500 χρόνια για την ανακάλυψη του υδρογόνου: το θειικό οξύ.
Συνήθως, όταν το επεξεργασμένο νερό διέρχεται από μια μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (proton exchange membrane) — μια λεπτή μεμβράνη που επιτρέπει τη διέλευση μόνο θετικών ιόντων υδρογόνου—, το ασβέστιο και το μαγνήσιο συσσωρεύονται στη μεμβράνη. Η συσσώρευση σχηματίζει ένα συμπαγές τοίχωμα που μειώνει γρήγορα και σημαντικά την απόδοση. Ο Ren και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι η οξίνιση του νερού δημιούργησε αρχικά «μια πλούσια πηγή πρωτονίων που υπερτερούν έναντι άλλων ιόντων, διατηρώντας την αγωγιμότητα των ιόντων, υποστηρίζοντας το ηλεκτρικό ρεύμα και επιτρέποντας τη συνεχή παραγωγή υδρογόνου», σύμφωνα με ανακοίνωση του Princeton.
Οφέλη από την οξίνιση και την ανακύκλωση οξέος
Αυτή η απλή προσθήκη στη διαδικασία ηλεκτρόλυσης είχε πολλά θετικά δευτερεύοντα αποτελέσματα. Πρώτα απ’ όλα, αυτή η τεχνική αύξησε τη σταθερότητα του ηλεκτρολύτη από οκτώ ώρες σε 300 ώρες. Δεύτερον, ο Ren και η ομάδα του διαπίστωσαν ότι αυτό μείωσε επίσης το κόστος παραγωγής κατά σχεδόν 47% και μείωσε την ενεργειακή ένταση κατά 62% — αλλαγές απαραίτητες εάν το υδρογόνο έχει ελπίδες να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην πράσινη ενεργειακή επανάσταση.
Τι γίνεται με αυτό το περίσσευμα οξέος; Μην ανησυχείτε. «Αυτό το οξύ ανακυκλώνεται, επομένως δεν βγαίνει ποτέ από το σύστημα», λέει ο Ren.
Με τα κέντρα δεδομένων τεχνητής νοημοσύνης, τις παρατεταμένες ξηρασίες και τόσους άλλους παράγοντες να πιέζουν τα αποθέματα καθαρού νερού του πλανήτη, η αναζήτηση εναλλακτικών πηγών για πράσινο υδρογόνο είναι καθοριστικής σημασίας, τόσο για τη βιομηχανία όσο και για την ανθρωπότητα. Ωστόσο, με τους επιστήμονες να αναπτύσσουν μεθόδους αξιοποίησης θαλασσινού και επεξεργασμένου νερού, το αξιόπιστο και οικονομικά ανταγωνιστικό πράσινο υδρογόνο θα μπορούσε σύντομα να γίνει το κορυφαίο επίτευγμα 500 ετών επιστημονικής προόδου.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου