Τα μυστικά του Υδρογόνου

Το χημικό στοιχείο “υδρογόνο”

Η βασική χημική ιδιότητα του υδρογόνου είναι να καίγεται σχηματίζοντας ύδωρ, δηλαδή νερό. Το χημικό στοιχείο Υδρογόνο (Η, ή ακριβέστερα διυδρογόνο – Η₂ στη συνηθισμένη διατομική στοιχειακή του μορφή) είναι ένα άχρωμο, άοσμο, άγευστο, εξαιρετικά εύφλεκτο αμέταλλο διατομικό αέριο, με ατομικό αριθμό 1, ατομική μάζα 1,00794(7) amu, χημικό τύπο H₂, μοριακή μάζα 2,01588(14) amu. Είναι, τέλος, το ελαφρύτερο χημικό στοιχείο.

Η λέξη υδρογόνο (hydrogen) προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις «ὕδωρ» + «γεννώ». Είναι το ελαφρύτερο αέριο στην φύση και αποτελεί το 90% του σύμπαντος. Στη Γη βρίσκεται κυρίως σε ενώσεις όπως το νερό, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο κ.α. Το υδρογόνο δεν είναι πηγή ενέργειας καθότι δεν υπάρχει ελεύθερο στη φύση, ενώ για την παραγωγή του (από τη διάσπαση των ενώσεων που αναφέραμε παραπάνω) απαιτείται ενέργεια. Είναι όμως φορέας ενέργειας. Αν μάλιστα παραχθεί από καθαρή ενεργειακή πηγή, τότε είναι καθαρός φορέας ενέργειας. Ένα από τα πλεονεκτήματά του είναι πως όταν “καίγεται” δεν ρυπαίνει την ατμόσφαιρα, αφού παράγει μόνο θερμότητα και νερό. Ειδικοί εκτιμούν πως το υδρογόνο θα αποτελέσει το καύσιμο που θα χρησιμοποιούμε στο μέλλον, τόσο στα αυτοκίνητα μας όσο και στα σπίτια. Κατασκευαστές αυτοκινήτων, όπως οι BMW, Ford, Honda, Hyundai, GM, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan και Toyota, εξελίσσουν συνεχώς τεχνολογίες υδρογονοκίνητων οχημάτων.


Σήμερα η κυριότερη πηγή παραγωγής υδρογόνου είναι το φυσικό αέριο, μπορεί ωστόσο να προέλθει από διάφορες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (αιολική, ηλιακή, βιομάζα, ακόμα και από απορρίμματα). Παρέχει πολύ πιο “πυκνή” ενέργεια από τη βενζίνη. Πέντε μόλις κιλά υδρογόνου παρέχουν αυτονομία 480 χιλιομέτρων σε ένα οικογενειακό αυτοκίνητο, περίπου διπλάσια από αυτή της ισοδύναμης ποσότητας βενζίνης. Ένα κιλό υδρογόνου ισοδυναμεί χονδρικά με ένα κιλό βενζίνης. Συγκριτικά με την παραγωγή βενζίνης και τη χρήση συμβατικού βενζινοκίνητου οχήματος, οι εκπομπές CO₂ χρησιμοποιώντας υδρογόνο που προέρχεται από φυσικό αέριο είναι λιγότερες από τις μισές.

Ακόμη, στο μέλλον πιστεύεται πως θα παράγουμε υδρογόνο σε μεγάλο ποσοστό από την ηλεκτρόλυση του νερού. Με την παραγωγή υδρογόνου από νερό μέσω ηλεκτρόλυσης, οι εκπομπές CO₂ μπορούν να μειωθούν περαιτέρω και να φτάσουν σε μηδενικά επίπεδα, αν ο ηλεκτρισμός προέρχεται από εναλλακτικές πηγές όπως ηλιακή, αιολική, υδάτινη και κυματική ενέργεια. Στη συγκεκριμένη διαδικασία το νερό διασπάται σε υδρογόνο και οξυγόνο. Αυτό σημαίνει πως, αφού θα παράγεται από το νερό και η χρήση του θα εκλύει νερό, το υδρογόνο θεωρείται πρακτικά ανεξάντλητο.

 

Πως παράγεται το υδρογόνο

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η παραγωγή υδρογόνου από νερό απαιτεί ηλεκτρισμό, που ιδανικά μπορεί να προέρχεται από τον άνεμο ή και τον ήλιο, έτσι ώστε να είναι απόλυτα φιλική προς το περιβάλλον. Συγκεκριμένα, το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγει μια ανεμογεννήτρια ή ένα φωτοβολταϊκό μπορεί να τροφοδοτεί μία συσκευή ηλεκτρόλυσης που διασπά το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο. Στη συνέχεια, το υδρογόνο θα αποθηκεύεται σε κατάλληλες δεξαμενές για να χρησιμοποιηθεί όποτε προκύψει ανάγκη. Από το 2001 για παράδειγμα, η Honda λειτουργεί έναν πειραματικό ηλιακό σταθμό παραγωγής υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης νερού στο Honda R&D Americas στο Torrance της California. Ο σταθμός συλλέγει ηλιακή ενέργεια μέσω των ηλιακών κυψελών λεπτού φιλμ που εξελίσσει και παράγει η ίδια η Honda και τη χρησιμοποιεί για να παράγει υδρογόνο.

Το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας σε κατάλληλα τροποποιημένους κινητήρες εσωτερικής καύσης αυτοκινήτων, ή σε οικιακούς καυστήρες και λέβητες. Ιδανική ενεργειακή του εφαρμογή είναι όμως οι κυψέλες καυσίμου (Fuel Cell). Οι κυψέλες καυσίμου αποτελούν μια νέα τεχνολογία η οποία επιτρέπει την παραγωγή ηλεκτρισμού από την ένωση υδρογόνου και οξυγόνου που υπάρχει στον αέρα. Οι κυψέλες καυσίμου, εκτός από την κίνηση των αυτοκινήτων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στα σπίτια για την παραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας.

Το σίγουρο είναι πως θα χρειαστούν ακόμη αρκετά χρόνια για να βελτιωθεί η απόδοσή των υδρογονοκίνητων οχημάτων και να πέσει το κόστος τους. Αυτοκίνητα όμως σαν το Honda FCX Clarity που κινούνται ήδη στους δρόμους, αλλά και στόχοι εταιρειών όπως η Toyota που θέλει να ξεκινήσει την εμπορική διάθεση οχημάτων κυψελών καυσίμου γύρω στο 2015 καθιστούν το υδρογόνο ως το κυριότερο εναλλακτικό καύσιμο του μέλλοντος. Μην ξεχνάμε άλλωστε πως ο Ιούλιος Βερν είχε οραματιστεί ότι στο μέλλον θα μπορούμε να παράγουμε ενέργεια από το νερό!

Δείτε στο παρακάτω video πως λειτουργούν οι κυψέλες καυσίμου (Fuel Cells)