Κινητήρας υδρογόνου: πώς λειτουργεί ένα αυτοκίνητο υδρογόνου

Κινητήρας υδρογόνου: πώς λειτουργεί ένα αυτοκίνητο υδρογόνου

Με την εμφάνιση της ηλεκτρικής κίνησης των οχημάτων, είτε αυτά είναι υβριδικά, είτε αμιγώς ηλεκτρικά, γίνεται πολύς λόγος για τη διακοπή της χρήσης των κινητήρων εσωτερικής καύσης στα αυτοκίνητα. Ήδη πολλές μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες, δηλώνουν πώς θα στραφούν αποκλειστικά στην ηλεκτρική κίνηση. Για ποιο λόγο γίνεται όμως αυτό και τι είδους λύσεις μπορεί να δώσει ο κινητήρας υδρογόνου;

Ο βασικός λόγος για τον οποίο οι κινητήρες εσωτερικής καύσης (βενζινοκινητήρες και κινητήρες ντίζελ ή αερίου) απειλούνται με εξαφάνιση, αν επιτρέπεται η χρήση του όρου, είναι οι συνέπειες που έχει η λειτουργία τους στο περιβάλλον. Όλοι οι κινητήρες εσωτερικής καύσης, άσχετα από την τεχνολογία ή το καύσιμό τους, αφήνουν το αποτύπωμά τους στο περιβάλλον, λόγω των αερίων που βγαίνει από την εξάτμισή τους.

Μια πολύ παλιά ιδέα, η οποία ξαναγίνεται τα φρέσκα νέα της εποχής, έκανε την εμφάνισή της, στους κινητήρες κάποιων βιομηχανιών, όπως είναι η Yamaha που ετοιμάζει έναν  5λιτρο, 450 ίππων, V8 κινητήρα για την Toyota, αλλά και το καινούριο πρότυπο αυτοκίνητο της Renault. Η ιδέα αυτή είναι ο κινητήρας υδρογόνου.

Τι είναι όμως ο κινητήρας υδρογόνου και πώς λειτουργεί ένα αυτοκίνητο με υδρογόνο;

Η πρώτη φορά που έγινε λόγος για τον κινητήρα υδρογόνου ήταν το 1807 από τον Isaac De Rivas, σε μια πρότασή του για τη μετακίνηση στρατιωτικού υλικού. Το 1820, όσον αφορά στα οχήματα ο W. Cecil παρουσίασε ένα προσωπικό του πρότζεκτ στην Φιλοσοφική Εταιρεία του Cambridge με τίτλο «Εφαρμογή του Αέριου Υδρογόνου για την Παραγωγή κινητικής ενέργειας σε μηχανές».  Ο κινητήρας του, βασιζόταν για τη λειτουργία του στην αρχή του κενού, κατά την οποία η ατμοσφαιρική πίεση κινεί το έμβολο ενάντια του κενού για να παραχθεί ισχύς. Για να δημιουργηθεί το κενό, έπρεπε να γίνει καύση ενός μίγματος υδρογόνου-αέρα, στο οποίο επιτρεπόταν να διογκωθεί και μετά, να ψυχθεί. Ο συγκεκριμένος κινητήρας λειτουργούσε αρκετά καλά, αλλά δεν ήταν έτοιμος για πρακτική εφαρμογή.

Κάποια χρόνια αργότερα έγινα σχετικά πειράματα και προσπάθειες και από τον ίδιο τον Otto, τον δημιουργό του κινητήρα εσωτερικής καύσης, αλλά τελικά η συγκεκριμένη τεχνολογία πέρασε κυρίως στους τομείς της διαστημικής εξερεύνησης.

Πώς λειτουργεί ο κινητήρας υδρογόνου

Στις ημέρες μας, ο κινητήρας υδρογόνου βασίζεται σε κύτταρα ή κυψέλες καυσίμου (fuel cells) τα οποία αποτελούν την καρδιά του κινητήρα, μιας και εκεί πραγματοποιείται η χημική αντίδραση του κινητήρα του αυτοκινήτου υδρογόνου.

Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχουν κινητά μέρη, αλλά μια χημική αντίδραση που παράγει την ενέργεια. Το καύσιμο υδρογόνο, μπαίνει στην κυψέλη από το ντεπόζιτο και αναμιγνύεται με οξυγόνο, παράγοντας νερό. Η χημική αυτή αντίδραση παράγει την ηλεκτρική ενέργεια που απαιτούν οι ηλεκτρικοί κινητήρες του οχήματος για να λειτουργήσουν και το όχημα για να κινηθεί. Το «γέμισμα» του ντεπόζιτου γίνεται με τρόπο παρόμοιο με την πλήρωση βενζίνης ή ντίζελ στο βενζινάδικο. Μέσω μιας σωλήνας που «κλειδώνει» στην τάπα πλήρωσης.

Ουσιαστικά λοιπόν, το όχημα διαθέτει ένα ντεπόζιτο για την αποθήκευση του υδρογόνου, την κυψέλη καυσίμου, μια μπαταρία για την αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας, έναν αντιστροφέα (inverter) για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας και το ηλεκτρικό μοτέρ.

Ας δούμε τώρα και τα υπέρ και τα κατά των αυτοκινήτων υδρογόνου, απέναντι στο μέχρι σήμερα μέλλον της αυτοκίνησης, δηλαδή στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα.

Αρχικά, ο ανεφοδιασμός τους με καύσιμο είναι ταχύτερος, και μπορεί να ολοκληρωθεί σε τρία με πέντε μόλις λεπτά.

Δεν έχει βλαβερές εκπομπές, μιας και από την χημική διεργασία των κυψελών, παράγεται νερό.

Η αυτονομία τους είναι τεράστια, μιας και με ένα γέμισμα είναι ικανά να καλύψουν μέχρι και 480 χιλιόμετρα. Αγγίζουν δηλαδή, την αυτονομία των οχημάτων βενζίνης ή πετρελαίου.

Οι απόδοση των κυψελών υδρογόνου είναι πολύ ανώτερη από οποιοδήποτε άλλο είδος κίνησης.

Όσον αφορά στα κατά τους τώρα:

Δεν υπάρχουν αρκετά σημεία ανεφοδιασμού στην Ελλάδα. Αλλά και στη Μεγάλη Βρετανία για παράδειγμα, οι σταθμοί ανεφοδιασμού είναι μόλις 17 σε όλη τη χώρα.

Το κόστος τους. Η τροφοδοσία και η συντήρηση των αυτοκινήτων υδρογόνου είναι παρόμοια με αυτή κάθε οχήματος με κινητήρα εσωτερικής καύσης, αλλά η ανάπτυξη της τεχνολογίας, η αποθήκευση και η μεταφορά υδρογόνου είναι αρκετά ακριβές, ανεβάζοντας το κόστος του οχήματος.

Το υδρογόνο, όπως και η βενζίνη, το ντίζελ ή το φυσικό αέριο είναι εύφλεκτο, οπότε υπάρχουν κίνδυνοι, κατά πολλούς σε μεγαλύτερο ποσοστό από τα υπόλοιπα προαναφερθέντα καύσιμα.

Το μέλλον των αυτοκινήτων υδρογόνου

Με βάση τα μέχρι σήμερα δεδομένα, τα αυτοκίνητα υδρογόνου δεν έρχονται στην αγορά για να αποτελέσουν αντίπαλο ή αντικαταστάτη των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, αλλά μάλλον ως η λύση για την αντικατάσταση των κινητήρων εσωτερικής καύσης στα υβριδικά.

Έχοντας ως παράδειγμα τα δύο αυτοκίνητα υδρογόνου που είναι διαθέσιμα αυτή τη στιγμή στη Μεγάλη Βρετανία, τα  Toyota Mirai και Hyundai Nexo, τα οποία είναι ουσιαστικά ηλεκτρικά (EV) οχήματα και δεν υπάγονται σε κάποια ξεχωριστή κατηγορία, καταλαβαίνουμε που οδηγεί ενδεχομένως η όλη διαδικασία. Στη χρήση της καθαρότερης δυνατής λύσης για την παροχή ενέργειας στα ηλεκτρικά οχήματα.

Μιλώντας για μια πραγματικά βιώσιμη λύση για την κίνηση των οχημάτων, το υδρογόνο αποτελεί ίσως το καλύτερο καύσιμο. Αν σκεφτούμε πως ακόμη και η παραγωγή των μπαταριών ιόντων λιθίου για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, αφήνει κατάλοιπα στην ατμόσφαιρα κατανοούμε ότι τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα συμβάλλουν σε ένα -μικρό βέβαια- ποσοστό στην καταστροφή της ατμόσφαιρας του πλανήτη.

Το υδρογόνο έχει τις ίδιες ή ακόμη και μικρότερες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, οι οποίες μπορούν να μειωθούν ακόμη περισσότερο στις περιπτώσεις που η παραγωγή του υδρογόνου γίνεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.

Μια από τις πιο κοινές μεθόδους παραγωγής του, γίνεται με τον διαχωρισμό του από το φυσικό αέριο, με μια διαδικασία που λέγεται αναμόρφωση μεθανίου με ατμό. Παράλληλα, γίνεται λήψη υδρογόνου και από βιομάζα, γεγονός που μειώνει ακόμη περισσότερο τις εκπομπές σε όλο τον κύκλο ζωής του στα περίπου 60 γραμμάρια ανά χιλιόμετρο, Επίπεδο πολύ χαμηλότερο από αυτό των ηλεκτρικών αυτοκινήτων που κινούνται κοντά στα 150 γραμμάρια διοξειδίου του άνθρακα ανά χιλιόμετρο.

Βλέπουμε λοιπόν, ότι σαφώς ο συνδυασμός των δυο αναφερόμενων πιο πάνω τρόπων κίνησης των οχημάτων, αποτελεί δυνητικά τον βέλτιστο για την εξυγίανση της ατμόσφαιρας αλλά και την οικονομία κατά την κίνηση του οχήματος. Ακούγοντας λοιπόν ότι στο παιχνίδι του υδρογόνου έχουν μπει και εταιρίες όπως οι BMW, Land Rover και Voxol τα κεφάλαια για την αναγκαία περαιτέρω έρευνα αυξάνονται και η εύρεση της τελικής λύσης δεν θα πρέπει λογικά να βρίσκεται μακριά μας. Ποιος είπε πως η εξέλιξη της τεχνολογίας δεν προσφέρει οφέλη;

    Το προφίλ σας είναι ο προσωπικός σας βοηθός.

    Παρακολούθηση εξόδων, μητρώο αυτοκινήτου, πρόγραμμα αντικατάστασης, αποθήκευση αγαπημένων υλικών, σημειώσεων & εγγράφων