Τι είναι η ενέργεια υδρογόνου;
Καθώς οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής παίρνουν διαστάσεις, ο πλανήτης μας αντιμετωπίζει κύματα καύσωνα ρεκόρ, πρωτοφανείς καταιγίδες, ιστορικές ξηρασίες και πυρκαγιές. Οι επιστήμονες έχουν συνδέσει αυτά τα γεγονότα με αέρια του θερμοκηπίου, όπως το διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, μεγάλο μέρος του οποίου παράγεται από την ανθρώπινη δραστηριότητα.
Τι θα γινόταν όμως αν, αντί να απελευθερώνουμε επιβλαβή αέρια του θερμοκηπίου στο περιβάλλον, τα αεροπλάνα και τα αυτοκίνητά μας λειτουργούσαν με καύσιμα που παράγονται από το νερό, χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια από τον ήλιο ή τον άνεμο; Τι θα γινόταν αν αυτό το ανανεώσιμο καύσιμο μπορούσε να παρέχει εφεδρική ενέργεια στο ηλεκτρικό δίκτυο και να αγοράζεται από σταθμούς ανεφοδιασμού καυσίμων σε όλη τη χώρα;
Οι επιστήμονες εργάζονται για να κάνουν αυτό το όραμα πραγματικότητα χρησιμοποιώντας την ενέργεια που περιέχεται στο υδρογόνο, το οποίο υπόσχεται να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην προώθηση ενός καθαρότερου περιβάλλοντος και στην επίτευξη του στόχου των ΗΠΑ για επίτευξη καθαρών μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα έως το 2050 – με άλλα λόγια, την απομάκρυνση του άνθρακα από την ατμόσφαιρα με τον ίδιο ρυθμό που εκπέμπεται.
Το υδρογόνο είναι το απλούστερο χημικό στοιχείο ή τύπος ατόμου. Αποτελείται από ένα μόνο πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Είναι επίσης το πιο άφθονο στοιχείο, αποτελώντας περίπου το 75% της γνωστής ύλης στο σύμπαν. Τεράστιες ποσότητες υδρογόνου υπάρχουν στο νερό και στα έμβια όντα.
Το μόριο του υδρογόνου, που αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας χωρίς άνθρακα. Τα μόρια υδρογόνου μεταφέρουν πολλή ενέργεια- ένα κιλό υδρογόνου περιέχει σχεδόν τριπλάσια ενέργεια από ένα κιλό βενζίνης ή ντίζελ.
Ωστόσο, τα μόρια υδρογόνου δεν υπάρχουν σε αφθονία στη Γη, καθώς αποτελούν λιγότερο από το 0,0001% της ατμόσφαιράς μας. Εξαιτίας αυτού, το υδρογόνο πρέπει να παράγεται από άλλες ουσίες που το περιέχουν. Ο πιο συνηθισμένος τρόπος παραγωγής υδρογόνου που δεν χρησιμοποιεί ορυκτά καύσιμα είναι η διάσπαση του νερού (H2O) σε υδρογόνο (H2) και οξυγόνο (O2) με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται ηλεκτρόλυση νερού, είναι μια πολλά υποσχόμενη επιλογή για την παραγωγή υδρογόνου χωρίς άνθρακα, δεδομένου ότι η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να προέρχεται από πυρηνική ή ανανεώσιμη ενέργεια, όπως η αιολική και η ηλιακή. Επιστήμονες και μηχανικοί εργάζονται για τη βελτίωση και τη μείωση του κόστους του υδρογόνου που παράγεται με ηλεκτρόλυση νερού.
Αναπτύσσουν επίσης μεθόδους που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια και το νερό απευθείας σε υδρογόνο, αξιοποιώντας και μιμούμενοι βιολογικές διεργασίες όπως η φωτοσύνθεση.
Υπάρχουν διάφοροι τρόποι χρήσης του υδρογόνου για ενέργεια αφού παραχθεί. Ο πιο γνωστός είναι οι κυψέλες καυσίμου, οι οποίες μετατρέπουν τη χημική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο υδρογόνο και το οξυγόνο σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε αντίθεση με τους κινητήρες που λειτουργούν με βενζίνη, δεν υπάρχουν επιβλαβείς εκπομπές όπως το διοξείδιο του άνθρακα. Και σε αντίθεση με τις μπαταρίες, τα συστήματα κυψελών καυσίμου δεν απαιτούν μακροχρόνιες διακοπές λειτουργίας για επαναφόρτιση. Ανεφοδιάζονται όπως οι βενζινοκινητήρες, αλλά με υδρογόνο.
Ένας τύπος κυψέλης καυσίμου υδρογόνου που αναπτύσσεται για αυτοκίνητα, φορτηγά, περονοφόρα ανυψωτικά μηχανήματα, λεωφορεία, πλοία και τρένα διασπά τα μόρια υδρογόνου σε ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Τα ηλεκτρόνια αναγκάζονται να ρέουν μέσω ενός ηλεκτρικού κυκλώματος, δημιουργώντας μια παροχή χρήσιμης ηλεκτρικής ενέργειας. Εν τω μεταξύ, τα πρωτόνια είναι σε θέση να περάσουν μέσα από μια μεμβράνη, επανασυνδυασμένα τελικά με τα ηλεκτρόνια και αντιδρώντας με μόρια οξυγόνου από τον αέρα παράγουν νερό, τη μοναδική εκπομπή.
Οι επιστήμονες στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ αξιοποιούν τις εγκαταστάσεις και την τεχνογνωσία παγκόσμιας κλάσης για να προωθήσουν την επιστήμη και την τεχνολογία του υδρογόνου. Οι ερευνητές μας μειώνουν το κόστος παραγωγής υδρογόνου, αναπτύσσοντας οικονομικά προσιτές κυψέλες καυσίμου για οχήματα που κινούνται με υδρογόνο. Αξιολογούν επίσης μεθόδους παραγωγής, μεταφοράς, χρήσης και αποθήκευσης υδρογόνου για την ελαχιστοποίηση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.
