Οι ΗΠΑ πλησιάζουν προς την εκμετάλλευση της ενέργειας του υδρογόνου

Πηγή:AFP, 27 Νοεμβρίου 2004

Αμερικανοί επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι έχουν κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στην έρευνα για να παράγουν υδρογόνο χαμηλού κόστους, ενδεχομένως κι ένα βήμα προς την ανακάλυψη νέων πηγών ενέργειας ώστε να τελειώσει η αμερικανική εξάρτηση από το ξένο πετρέλαιο.

Αντί να χρησιμοποιείται η συμβατική μέθοδος της ηλεκτρόλυσης για τον διαχωρισμό του υδρογόνου από το νερό, η ίδια μέθοδος εάν χρησιμοποιηθεί σε υψηλές θερμοκρασίες, τέτοιες όπως εκείνες που καταγράφονται στους υδρατμούς που προκύπτουν από την ψύξη ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, επιτρέπει την παραγωγή πολύ μεγαλύτερης ποσότητας υδρογόνου, όπως τονίζουν οι ίδιοι επιστήμονες.

Ο Πρόεδρος George Bush των ΗΠΑ ανήγγειλε πέρυσι ένα επενδυτικό πρόγραμμα αξίας ενός δισεκατομμυρίου δολαρίων προκειμένου να αναπτύξουν αυτοκίνητα που θα τροφοδοτούνται με υδρογόνο, σε μία προσπάθεια να μειωθεί η αμερικανική εξάρτηση από το πετρέλαιο.

Τώρα ερευνητές από το Εθνικό Μηχανολογικό και Περιβαλλοντικό Εργαστήριο του Idaho της αμερικανικής κυβέρνησης (INELL) και η ιδιωτική επιχείρηση Ceramatec λένε ότι ένα υπολογιστικό μοντέλο παρουσιάζει ότι θα μπορούσαν να διαχωρίσουν το υδρογόνο από το καυτό νερό που υπάρχει στους πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Η μέθοδος θα παρήγαγε έτσι περισσότερο υδρογόνο από την ηλεκτρόλυση, η οποία χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για να διαχωρίσει το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο. Το υδρογόνο μπορεί, επίσης, να φτιαχτεί αναμιγνύοντας υδρατμούς με φυσικό αέριο και την χημική διάσπαση των δύο μορίων, αλλά η τιμή του φυσικού αερίου αυξάνεται πολύ γρήγορα. 

Οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι το ποσοστό μετατροπής του νερού σε υδρογόνο κυμαίνεται μεταξύ 45 και 50% στις υψηλές θερμοκρασίες, έναντι περίπου 30% στην ηλεκτρόλυση.

"Είναι αφ' ενός μια σημαντική ανακάλυψη και αφ' ετέρου το πρώτο κύριο βήμα προς τη μεγάλης κλίμακας παραγωγή υδρογόνου από το νερό, παρά από τα ορυκτά καύσιμα", λέει ο Stephen Herring, σύμβουλος μηχανικός στο INELL.

Ο Herring τονίζει ότι η μέθοδος με τους πυρηνικούς αντιδραστήρες πρέπει να είναι φτηνότερη και φιλικότερη προς το περιβάλλον.

Εντούτοις, η μέθοδος αυτή θα απαιτεί την κατασκευή ενός νέου τύπου πυρηνικών αντιδραστήρων, τους λεγόμενους τύπου IV, τη στιγμή που οι ΗΠΑ έχουν σταματήσει να κατασκευάζουν τους συμβατικού τύπου πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Η νέα μέθοδος

Η νέα μέθοδος χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα που διαρρέει νερό πολύ υψηλής θερμοκρασίας. Καθώς το μόριο του νερού διασπάται, ένα κεραμικό 'κόσκινο' διαχωρίζει το οξυγόνο από το υδρογόνο. Το υδρογόνο που προκύπτει έτσι έχει τη μισή ενέργεια από αυτήν που χρησιμοποιήθηκε στη διαδικασία, λένε οι υπεύθυνοι για την ανάπτυξη της μεθόδου. Τέτοιες απώλειες μπορούν να γίνουν αποδεκτές, ή ακόμα και επιθυμητές, επειδή το υδρογόνο για έναν πυρηνικό αντιδραστήρα μπορεί να αντικαταστήσει το πετρέλαιο, το οποίο εισάγεται και είναι ακριβό, και επειδή το βασικό καύσιμο του πυρηνικού αντιδραστήρα, το ουράνιο, είναι άφθονο.

Η ιδέα είναι να χτιστεί ένας αντιδραστήρας που θα θέρμαινε το μέσο ψύξης του πυρηνικού αντιδραστήρα, που σε αυτήν την περίπτωση είναι το αέριο ήλιο, σε περίπου 1.000 βαθμούς Κελσίου. Η υπάρχουσα γενιά των αντιδραστήρων, που χρησιμοποιείται αποκλειστικά για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, χρησιμοποιεί το νερό για την ψύξη και ενώ το θερμαίνει σε, περίπου, 300 βαθμούς Κελσίου μόνο.

Το καυτό αέριο του ηλίου θα χρησιμοποιηθεί με δύο τρόπους. Θα περιέστρεφε αφ' ενός έναν στρόβιλο για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια, το δε παραγόμενο ηλεκτρικό ρεύμα θα μπορούσε να διαχωρίσει το νερό. Και αφετέρου θα θέρμαινε αυτό το νερό, σε 800 βαθμούς Κελσίου. Αλλά εάν το ηλεκτρικό δίκτυο είχε μεγάλες απαιτήσεις ηλεκτρικής ενέργειας, τότε η παραγωγή του υδρογόνου θα μπορούσε εύκολα να διακοπεί για μερικές ώρες, και όλη η ενέργεια θα μπορούσε να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια, λένε οι σχεδιαστές.

Ο στόχος τους είναι να δημιουργηθεί ένας αντιδραστήρας που θα μπορούσε να παραγάγει περίπου 300 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας για το ηλεκτρικό δίκτυο, αρκετή ώστε να λειτουργήσουν περίπου 300.000 κλιματιστικά, ή να παράγει περίπου 2,5 κιλά υδρογόνου ανά δευτερόλεπτο. Όταν καίγεται, ένα κιλό υδρογόνου τότε έχει σχεδόν την ίδια ενεργειακή αξία με 4 λίτρα αμόλυβδης κανονικής βενζίνης. Αν λοιπόν χρησιμοποιείται υδρογόνο στις κυψέλες καυσίμου στα αυτοκίνητα, ο αντιδραστήρας μπορεί να αντικαταστήσει περισσότερα από 1.600.000 λίτρα βενζίνης ανά ημέρα.  

Υπάρχουν βέβαια και προβλήματα. Το Εθνικό Εργαστήριο και η επιχείρηση Ceramatec έχουν κάνει δοκιμές για την ηλεκτρόλυση σε υψηλή θερμοκρασία. Υπάρχει όμως περιορισμένη εμπειρία για αυτούς τους αερόψυκτους αντιδραστήρες υψηλής θερμοκρασίας και δεν έχει φτιαχτεί ακόμα κανένας τέτοιος μεγάλος αντιδραστήρας εδώ και 30 χρόνια.

Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι οι Ηνωμένες Πολιτείες δεν έχουν καμία υποδομή για τάνκερ που θα μεταφέρουν υδρογόνο. Αυτήν την περίοδο, το περισσότερο υδρογόνο παράγεται στο σημείο όπου χρησιμοποιείται, συνήθως στις εγκαταστάσεις καθαρισμού του πετρελαίου. Το υδρογόνο χρησιμοποιείται για να απομακρύνει το θείο από το ακατέργαστο πετρέλαιο, και για να σπάσει τα μόρια των υδρογονανθράκων που είναι πάρα πολύ μεγάλα για να χρησιμοποιηθούν στα υγρά καύσιμα, και έτσι αλλάζουν την αναλογία άνθρακα-υδρογόνο προς το καλύτερο (εμπλουτισμός) στα καύσιμα των οχημάτων.

Ο Herring πρότεινε πάντως μια άλλη χρήση: ανάκτηση των χρησιμοποιήσιμων καυσίμων από την Athabasca Tar Sands στην Alberta του Καναδά (που έχει άμμο με πίσσα). Τα αποθέματα εκεί μπορούν να έχουν τις μεγαλύτερες αποθέσεις πετρελαίου στον κόσμο, αλλά η εξαγωγή τους και η μετατροπή τους προς ένα υποκατάστατο της βενζίνης απαιτούν τεράστια ποσά υδρατμών και υδρογόνου, και τα δύο είναι προϊόντα του αντιδραστήρα.