Χημικός προσπαθεί να λύσει τα προβλήματα της ενέργειας

Πηγή: Associated Press, 6 Αυγούστου 2005

Ο Daniel Nocera - ένας χημικός του MIT - προσπαθεί να επιτύχει ένα παλαιό, άπιαστο όνειρο της ανθρωπότητας: να χρησιμοποιήσει την ηλιακή ενέργειας για να διαχωρίσει το νερό στα βασικά του συστατικά, το υδρογόνο και το οξυγόνο.

Τα στοιχεία αυτά θα μπορούσαν κατόπιν να χρησιμοποιηθούν σε κυψέλες καυσίμου ή η ενέργεια που δημιουργήθηκε από την ίδια την αντίδραση, καθώς διαχωρίζονται οι ατομικοί δεσμοί και ανασχηματίζονται, να μπορεί χρησιμοποιηθεί και κατόπιν να αποθηκευτεί.

Υπάρχει ένα όμορφο μοντέλο για αυτό: η φωτοσύνθεση. Μια αντίδραση στην οποία τα φυτά με τη βοήθεια του ήλιου διαχωρίζουν το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα και τα μετατρέπουν σε οξυγόνο και γλυκόζη, που τα φυτά χρησιμοποιούν για καύσιμο.

Αλλά τα φυτά ανέπτυξαν αυτήν την διαδικασία κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών, και μάλιστα ακόμα δεν είναι τεχνικά τόσο αποδοτικές. Ο Nocera και άλλοι επιστήμονες προσπαθούν να την επαναλάβουν - και ίσως να την βελτιώσουν - εδώ και δεκαετίες.

Το υδρογόνο είναι το αφθονότερο στοιχείο στον κόσμο, αλλά είναι γενικά 'κλειδωμένο' στις ενώσεις με άλλα στοιχεία. Αυτήν την περίοδο, το παίρνουμε κυρίως από τα ορυκτά καύσιμα, η χρήση των οποίων είναι η κύρια αιτία των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα - υπεύθυνο για την παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου.

Και έτσι ενώ οι κυψέλες καυσίμων με υδρογόνο - στα οποία το υδρογόνο και το οξυγόνο ενώνονται για να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια και νερό - έχει μια πράσινη φήμη, αντιθέτως το υδρογόνο σήμερα δεν προέρχεται από καθαρές πηγές και η παραγωγή του μολύνει το περιβάλλον. 

Έτσι ο Nocera προσπαθεί να παράγει υδρογόνο με 'καθαρό' τρόπο, χωρίς τη χρήση άνθρακα, με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας. Η πρόκληση είναι όχι μόνο η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας αλλά η αποθήκευση της. Κάτι που οι υπάρχουσες ηλιακές τεχνολογίες δεν κάνουν.

"Αυτό είναι το όνειρο όλων, αν δεν το κάνουμε θα πάψουμε να υπάρχουμε ως ανθρωπότητα", λέει ο Nocera.

Κι ενώ πολλοί έχουν ερευνήσει αυτό το φαινόμενο, ο Nocera όμως έχει κάνει μια σημαντική ανακάλυψη. Όταν χρησιμοποίησε το φως για να καταφέρει πολλά άτομα υδρογόνου να γίνουν υγρό με τη βοήθεια ενός σωστού χημικού καταλύτη.

Αυτή η ανακάλυψη δημοσιεύτηκε το 2001 στο περιοδικό Science, και από τότε πολλοί ήθελαν να χρηματοδοτήσουν την ιδέα του. 

Φέτος ο Nocera κέρδισε το βραβείο της εταιρείας Italgas 100.000 δολαρίων, που απονέμεται κάθε χρόνο σε έναν κορυφαίο ενεργειακό ερευνητή.

Ο Nocera έχει εκτελέσει την αντίδραση αυτή με όξινα διαλύματα, αλλά όχι με νερό ακόμα.

Ο καταλύτης που χρησιμοποίησε ήταν μια ένωση που περιλαμβάνει ένα ακριβό μέταλλο, το ρόδιο (rhodium). Για να γίνει μια φτηνή ενεργειακή λύση, θα πρέπει να γίνει από ανέξοδα στοιχεία, όπως είναι ο σίδηρος, το νικέλιο ή το κοβάλτιο.

Η αντίδραση του Nocera πήρε τα φωτόνια για να ελευθερώσει τα άτομα του υδρογόνου, αλλά αυτό είναι μόνο το μισό βήμα. Το δυσκολότερο μέρος θα είναι να συλληφθεί επίσης το οξυγόνο, που προκύπτει όταν διαχωρίζονται τα μόρια του νερού. Με αυτόν τον τρόπο και τα δύο στοιχεία μπορούν να τροφοδοτήσουν μία κυψέλη καυσίμων, κάνοντας τη διαδικασία αυτή όσο το δυνατόν αποδοτικότερη.

Ο Nocera και οι επιστήμονες που δεν συνδέονται με την εργασία του λένε ότι αυτά τα βήματα είναι επιτεύξιμα. Αλλά είναι αναγκαίο να έχουμε σημαντικές προόδους στη βασική χημεία για τις αντιδράσεις αυτές ώστε να γίνουν καλά κατανοητές.

Κατά συνέπεια, ο Nocera θεωρεί ότι πρέπει να περάσουν 20 χρόνια προτού να σχεδιάσουν οι μηχανικοί συστήματα βασισμένα στην εργασία του. Και δυσφορεί που πολλοί λίγοι επιστήμονες ερευνούν αυτό το πρόβλημα, γιατί πολλά κορυφαία μυαλά στρέφονται στη βιοϊατρική έρευνα.

Υπάρχει κι ένα άλλο μεγάλο εμπόδιο. Ενώ ο Nocera βλέπει σαν λύση την αποθήκευση της ηλιακής ενέργειας, οι περισσότεροι επιστήμονες εγκρίνουν να συνεχιστεί η καύση των ορυκτών καυσίμων. Με αποτέλεσμα την αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα - είναι τώρα 35% υψηλότερο το ποσοστό του απ' ό,τι στους προβιομηχανικούς χρόνους - σε επικίνδυνα επίπεδα, αυξάνοντας την παγκόσμια θερμοκρασία με ενδεχομένως καταστρεπτικά αποτελέσματα.

"Δηλητηριαζόμαστε κυριολεκτικά", αναφέρει ο Nocera. "Οι άνθρωποι δεν το καταλαβαίνουν επειδή δεν μπορούν να το δουν."

Αλλά αυτό είναι ένα έντονα πολιτικοποιημένο θέμα στις ΗΠΑ, όπου μερικοί ισχυροί πολιτικοί ηγέτες προσπαθούν να μην αλλάξουν το σημερινό στάτους όσον αφορά την καύση των ορυκτών καυσίμων.

Αλλά και όσοι καταλαβαίνουν τους παγκόσμιους κινδύνους της παγκόσμιας θέρμανσης, δεν έχουν καμία συναίνεση για το είδος της πράσινης ενέργειας που πρέπει να έρθει για να υπάρξει η σωτηρία της Γης.

Ο Nocera αναφέρει έναν υπολογισμό του χημικού στο Caltech Nathan Lewis, ότι οι απαιτήσεις για ενέργεια το 2050 θα είναι τόσο μεγάλες που για να διατηρηθούν οι εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα σε διπλάσια επίπεδα των προβιομηχανικών επιπέδων, θα έπρεπε να χτίζονται πυρηνικές εγκαταστάσεις κάθε δύο ημέρες. Δεν υπάρχει αρκετός χώρος στην επιφάνεια του πλανήτη για άλλες λύσεις ευρέως αποδεκτές, όπως είναι η αιολική ενέργεια και η βιομάζα, για να βοηθήσουν στο πρόβλημα. 

Μόνο ο ήλιος είναι η απάντηση, υποστηρίζει ο Lewis.

Οι κριτικοί αυτών των απόψεων, λένε ότι πολλές ενεργειακές τεχνολογίες που εξερευνούνται σήμερα - συμπεριλαμβανομένων και των βελτιωμένων τρόπων για ηλεκτρική ενέργεια και τα διαφορετικά είδη κυψελών καυσίμων - θα έρθουν στις επόμενες δεκαετίες.

Ο γνωστός φυσικός Arno Penzias, που κέρδισε το Νόμπελ για την επιβεβαίωση του Big Bang και επενδύει τώρα σε εναλλακτικής ενεργειακές λύσεις, υποστηρίζει ότι υπάρχουν δεκάδες ιδέες που υπόσχονται περισσότερα από αυτές που περιλαμβάνουν το υδρογόνο.

Και όταν μιλά για το πρόγραμμα του Nocera, ο Penzias λέει ότι είναι απίθανο να είναι πρακτικό. "Δεν είναι και τόσο επαναστατικό και δεν αξίζει και τόσο", λέει ο Penzias.

Home