Μέρος πρώτο: Μία εισαγωγή στην οικονομία του υδρογόνου
του Αναστάση Μπαλτατζή
Σημείωση: Με αφορμή το πραξικόπημα στο Νίγηρα τον Αύγουστο τέθηκε στο τραπέζι της συζήτησης από τον ευρωπαϊκό Τύπο μία ακόμα διάσταση της πολιτικής ανατροπής στην χώρα. Αυτή έχει να κάνει με την καταλληλόλητα των επιλογών της ηγεσίας της ΕΕ για τις χώρες-παραγωγούς και προμηθευτές πράσινου υδρογόνου για την γηραιά ήπειρο τις επόμενες δεκαετίες. Ο Νίγηρας, όπως και άλλες χώρες της Αφρικής, ήταν μία από τις επιλογές των Βρυξελλών. Καθώς όμως το θέμα αυτό αποτελεί ακόμα άγνωστο για το ευρύ κοινό, κρίνουμε αναγκαία την εξοικείωση με τους όρους, την τεχνολογία και τις πολιτικές και γεωπολιτικές προεκτάσεις του. Γι’ αυτό τον σκοπό και ξεκινώντας με αυτό το κείμενο θα υπάρξει μία σειρά κειμένων με σκοπό να φέρουν τον αναγνώστη σε επαφή με το θέμα.
Το υδρογόνο είναι το πρώτο στοιχείο του περιοδικού πίνακα και αυτό με την μεγαλύτερη αφθονία, με τα άτομά του να αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 90 % των συνολικών ατόμων στο σύμπαν [1]. Ανακαλύφθηκε από τον Henry Cavendish το 1776 [2] και πήρε το όνομα του από τον Antoine-Laurent Lavoisier το 1785 [3]. Παρά την αφθονία του στο σύμπαν, απαντάται σε μικρές ποσότητες στην ατμόσφαιρα της Γης, καθώς έχει την τάση να δημιουργεί δεσμούς με άλλα στοιχεία [4]. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να παραχθεί τεχνητά με χημικά, βιολογικά ή φυσικά μέσα.
Η παραγωγή του υδρογόνου
Σήμερα υπάρχουν αρκετοί διαφορετικοί τρόποι παραγωγής υδρογόνου με ένα χρώμα να συνοδεύει το όνομα του ανάλογα με αυτόν. Έτσι το υδρογόνο που παράγεται μέσω της διαδικασίας της ηλεκτρόλυσης του νερού με την χρήση ηλεκτρικού ρεύματος που προέρχεται από ΑΠΕ ονομάζεται «πράσινο», ενώ αν το ηλεκτρικό ρεύμα έχει παραχθεί από πυρηνική ενέργεια αυτό ονομάζεται «ροζ». Σήμερα, το 98 % του υδρογόνου παράγεται μέσω της διαδικασίας αναμόρφωσης του φυσικού αερίου το οποίο συνεπάγεται και την εκπομπή διοξείδιο του άνθρακα ως παραπροϊόν [5].
Στον παρακάτω πίνακα [7] συνοψίζονται οι βασικοί τρόποι παραγωγής υδρογόνου:
| Τύπος/χρώμα | Πηγή | Μέθοδος παραγωγής | Εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα |
| Γκρίζο | Φυσικό αέριο/άνθρακας | Αεριοποίηση του άνθρακα/ αναμόρφωση του φυσικού αερίου | Υψηλές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα |
| Μπλε | Φυσικό αέριο | Αναμόρφωση του φυσικού αερίου με δέσμευση και αποθήκευση του άνθρακα | Χαμηλές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα |
| Τιρκουάζ | Φυσικό αέριο | Πυρόλυση του μεθανίου | Άνθρακας σε στερεή μορφή |
| Πράσινο | Ηλεκτρικό ρεύμα | Ηλεκτρόλυση του νερού με ρεύμα παραγμένο από ΑΠΕ | Μηδενικές |
| Ροζ/Μωβ | Ηλεκτρικό ρεύμα | Ηλεκτρόλυση του νερού με ρεύμα παραγμένο από πυρηνική ενέργεια | Μηδενικές |
Όσον αφορά την παραγωγή «πράσινου» υδρογόνου η οποία έχει τεθεί στο κέντρο των πολιτικών αποφάσεων για την ενεργειακή μετάβαση, η ηλεκτρόλυση του νερού είναι μέχρι στιγμής ο πιο αποτελεσματικός τρόπος παραγωγής. Ταυτόχρονα υπάρχουν και άλλες διαδικασίες όπως η θερμόλυση ή η φωτοηλεκτρόλυση, οι οποίες και αυτές εντάσσονται στην κατηγορία διεργασιών διάσπασης νερού αλλά και θερμοχημικές διαδικασίες, οι οποίες εμπίπτουν στην κατηγορία των βιολογικών διεργασιών.
Το υδρογόνο ως καύσιμο
Γιατί προάγεται όμως το πράσινο υδρογόνο ως μελλοντικό καύσιμο; Το πλεονέκτημα του υδρογόνο σε σχέση με τα άλλα συμβατικά καύσιμα είναι ότι κατά την διαδικασία της καύσης του δεν παράγονται αέρια του θερμοκηπίου αλλά ατμός νερού [1], ενώ οι κυψέλες καυσίμου μετατρέπουν τη χημική ενέργεια του υδρογόνου απευθείας σε ηλεκτρική. Αυτό σε συνδυασμό με μία «πράσινη» προέλευση του σημαίνει ένα καύσιμο απαλλαγμένο από εκπομπές αερίων στα στάδια της παραγωγής και της κατανάλωσης.
Η χρήση του υδρογόνου ως τρόπου παραγωγής ενέργειας προϋπάρχει πάντως της όποιας σκέψης για χρήση του ως λύση για την ενεργειακή κρίση. Η πρώτη κυψέλη καυσίμου κατασκευάστηκε από τον Sir William Grove το 1839. Η λειτουργία της επιτυγχάνει την απευθείας μετατροπή της χημικής ενέργειας του υδρογόνου σε ηλεκτρική με τη χρήση οξυγόνου ως το οξειδωτικό μέσο. Η τεχνολογία αυτή μπήκε όμως για κάποια χρόνια στον πάγο, με την βελτίωση της απόδοσης άλλων τεχνολογιών παραγωγής ενέργειας και επανήλθε στο προσκήνιο με την «κούρσα του διαστήματος» τη δεκαετία του 1950, όπου και προτιμήθηκε έναντι της ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή ενέργειας στο διάστημα [6].
Η σκέψη όμως για χρήση του υδρογόνου ως αντικαταστάτη των ορυκτών καυσίμων και ο όρος «Οικονομία Υδρογόνου» χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον John Bockris το 1972 [4]. Τα τελευταία χρόνια η ιδέα αυτή έχει επεκταθεί με την χρήση του υδρογόνο ως μέσο αποθήκευσης ενέργειας σε χημική μορφή. Έτσι η πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια που θα παράγεται από τις ΑΠΕ θα μπορεί να μετατρέπεται μέσω της ηλεκτρόλυσης σε υδρογόνο. Στην συνέχεια αυτό θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο για να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες όταν οι ΑΠΕ δεν παράγουν ρεύμα για να διασφαλιστεί η συνεχή παροχή ηλεκτρικής ενέργειας.
Φυσικά αυτό μπορεί να πάρει και άλλες προεκτάσεις με την στρατηγική παραγωγή «πράσινου» υδρογόνου από κάποια κράτη με στόχο τις εξαγωγές ενέργειας τις επόμενες δεκαετίες. Η αλυσίδα αξίας αύτη είναι όμως ακόμα μακριά από την υλοποίηση. Στους τομείς της παραγωγής, της αποθήκευσης, της μεταφοράς και της τελικής χρήσης υπάρχουν ακόμα πολλά προβλήματα που πρέπει να αντιμετωπιστούν, ενώ εγείρονται και ερωτήματα για το αν αυτή η λύση είναι πολύ ακριβή για να υλοποιηθεί. Με την σειρά κειμένων που θα ακολουθήσει θα γίνει προσπάθεια εξοικείωσης του αναγνώστη με όλα αυτά τα ζητήματα ενώ σε επόμενο θα προσεγγιστούν και οι άλλες διαστάσεις του ζητήματος αυτού.
[1]: Aziz, Muhammad, Wijayanta, Agung Tri, and Nandiyanto, Asep Bayu Dani. 2020. “Ammonia as Effective Hydrogen Storage: A Review on Production, Storage and Utilization.” Energies 13 (12). issn: 1996-1073. https://doi.org/10.3390/en13123062. https://www.mdpi.com/1996-1073/13/12/3062.
[2]: Szydło, Zbigniew A. 2020. “Hydrogen – Some Historical Highlights.” Chemistry-DidacticsEcology-Metrology 25 (1-2): 5–34. https://doi.org/doi:10.2478/cdem-2020-0001. https://doi.org/10.2478/cdem-2020-0001.
[3]: Carcassi, Marco Nicola. 2005. “The hydrogen economy,” https://www.treccani.it/ portale/opencms/handle404?exporturi=/export/sites/default/Portale/sito/altre_ aree/Tecnologia_e_Scienze_applicate/enciclopedia/inglese/inglese_vol_3/319- 336_ing.pdf.
[4]: Yap, Jiazhen and McLellan, Benjamin. 2023. “A Historical Analysis of Hydrogen Economy Research, Development, and Expectations, 1972 to 2020.” Environments 10 (1). issn: 2076-3298. https:// doi.org /10.3390/ environments10010011. https: //www.mdpi.com/2076-3298/10/1/11.
[5]: MEED. 2019. Realising the hydrogen economy. Accessed on 23.09.2023. https://www.power – technology . com / comment / standing – at – the – precipice – of – the – hydrogen – economy/?cf-view.
[6] Perry, Mike & Fuller, T.F.. (2002). ChemInform Abstract: A Historical Perspective of Fuel Cell Technology in the 20th Century. Journal of The Electrochemical Society – J ELECTROCHEM SOC. 149. 10.1149/1.1488651.
[7]: Shi, Ruifeng, Chen, Xiaoxi, Qin, Jiajun, Wu, Ping, and Jia, Limin. 2022. “The State-of-the-Art Progress on the Forms and Modes of Hydrogen and Ammonia Energy Utilization in Road Transportation.” Sustainability 14 (19). issn: 2071-1050. https:
//doi.org/10.3390/su141911904. https://www.mdpi.com/2071-1050/14/19/11904.
Ενισχύστε την προσπάθειά μας κάνοντας μια δωρεά στο Άρδην πατώντας ΕΔΩ.
Γνωρίστε τα βιβλία των Εναλλακτικών Εκδόσεων
Ακολουθήστε το Άρδην στο Facebook
Ακολουθήστε το Άρδην στο twitter
Εγγραφείτε στο κανάλι του Άρδην στο Youtube
