«ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ - ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ» ΕΠΑ.Σ ΧΑΝΙΩΝ ΣΧΟΛ. ΕΤΟΣ 2012-13 ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ ΥΠΕΥΘΥΝΟΙ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΙ 1.ΔΑΡΑΚΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ 2.ΧΑΝΤΑΜΠΑΚΗΣ ΜΑΤΘΑΙΟΣ ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΥΝ ΟΙ ΜΑΘΗΤΕΣ ΤΗΣ Α ΚΑΙ Β ΤΑΞΗΣ ΤΗΣ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΑΣ ΘΕΡΜΟΫΔΡΑΥΛΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΤΩΝ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Yδρογόνο 2. Παραγωγή υδρογόνου-περιγραφή 3. Χρήση υδρογόνου ως καύσιμο στους κινητήρες- Αυτοκίνητα. 4. Πλεονεκτήματα από χρήση του υδρογόνου ως καύσιμο 5. Παρουσίαση τοποθέτησης εξαρτημάτων για την παραγωγή υδρογόνου στα αυτοκίνητα με χρήση βίντεο 6. Παρουσίαση και δραστηριότητες της περιβαλλοντικής ομάδας. ΧΑΝΙΑ 16-05-2013
ΤΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ (H 2 ) Έχετε ίσως ακούσει πολλά και διάφορα σε σχέση με το Υδρογόνο. Θα προσπαθήσουμε στις επόμενες γραμμές να σας δώσουμε μια πιο αξιόπιστη πληροφόρηση για το στοιχείο του Υδρογόνου. Το χημικό στοιχείο του Υδρογόνου είναι αμέταλλο με ατομικό αριθμό 1 και ατομικό βάρος 1,008. Το Υδρογόνο είναι το πρώτο στοιχείο του περιοδικού πίνακα και συμβολίζεται με Η. Σε κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας βρίσκεται σε αέρια μορφή. Κατά την καύση του Υδρογόνου σχηματίζεται νερό. Ονομάστηκε από τον Γάλλο χημικό Antoine Lavoisier από τις λέξεις της αρχαίας ελληνικής γλώσσας ύδωρ και γένομαι. Το Υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο στη φύση και απαντάται σε δεκαπλάσια αναλογία σε σχέση με το δεύτερο κατά σειρά αφθονίας χημικό στοιχείο, το Ήλιο. Το Ήλιο είναι παράγωγο του Υδρογόνου μετά από μια σειρά θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα έξω από την γήινη ατμόσφαιρα (διάβαζε ήλιος, διάστημα). Οι αντιδράσεις αυτές συνοδεύονται από την απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας. Παρά την απίθανα μεγάλη αναλογία του στο διαστημικό χώρο, υπολογίζεται ότι πλησιάζει το 75% της συμπαντικής μάζας, στην γήινη σφαίρα αντιπροσωπεύει μόνο το 0,14% της μάζας του φλοιού της γης. Περιέχεται σε πολύ μεγάλες ποσότητες ως συστατικό του νερού σε αναλογία 11% του συνόλου των υδάτινων αποθεμάτων της γης συμπεριλαμβανομένων και της ατμόσφαιρας. Υπολογίζεται ότι αποτελεί το 0,9% της μάζας της γης. Η παρουσία του Υδρογόνου στην ατμόσφαιρα είναι πολύ χαμηλή λόγω της διαφυγής του προς το διάστημα. Αντίθετα με το ότι συμβαίνει στην ατμόσφαιρα, στη γη αποτελεί συστατικό πολυάριθμων οργανικών ενώσεων, φυτικών και ζωικών ιστών καθώς είναι το κύριο συστατικό μαζί με τον άνθρακα στο πετρέλαιο και στους υδρογονάνθρακες. Σχηματίζει ένα τεράστιο αριθμό ενώσεων με όλα τα χημικά στοιχεία εκτός από αυτά των ευγενών αερίων. Ιστορία Ταυτότητα του στοιχείου Όνομα, σύμβολο Υδρογόνο (Η) Ατομικός αριθμός (Ζ) 1 Κατηγορία ομάδα, περίοδος, τομέας Σχετική ατομική μάζα (A r ) Ηλεκτρονική διαμόρφωση Ατομική ακτίνα Ομοιοπολική ακτίνα Ακτίνα van der Waals Ηλεκτραρνητικότητα Κυριότεροι αριθμοί οξείδωσης Ενέργειες ιονισμού αμέταλλα 1,1, s 1,00794 1s Ατομικές ιδιότητες 25 (53,5) pm 31,(5) pm 120 pm 2,20 (Κλίμακα Pauling) 0, ±1 1η:1312.0 kj mol 1
Φυσικά χαρακτηριστικά Κρυσταλλικό σύστημα εξαγωνικό Σημείο τήξης -259,14( C) (14,02 K) Σημείο βρασμού -252,87 C (20,29 K) Τριπλό σημείο -259,36 C (13,8 K), 7,042 kpa Κρίσιμο σημείο -240,19 C (32,97 K), 1,293 MPa Πυκνότητα 0,08988 kg/m 3 Ενθαλπία τήξης 0,117 kj/mol Ταχύτητα του ήχου 1310 m/s Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25 C, 1 Atm) εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά Το υδρογόνο ως φορέας ενέργειας Το υδρογόνο έχει επιπλέον μία χρήση: Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορέας ενέργειας, δηλαδή ως μια μορφή ενεργειακού νομίσματος. Μάλιστα αυτή τη στιγμή γίνονται σημαντικές προσπάθειες, κυρίως στα ιδιαίτερα ανεπτυγμένα κράτη, για τη μετατροπή της προσαρμοσμένης στα συμβατικά καύσιμα υποδομής σε υποδομή με βάση το υδρογόνο. Ενδεικτικά, η Ισλανδία, προβλέπει υποδομή πλήρως βασισμένη στο υδρογόνο μέχρι το 2030-2040, ενώ μέχρι το 2030 στόχος του Υπουργείου Οικονομίας των ΗΠΑ είναι η αντικατάσταση του 10% της ενεργειακής κατανάλωσης από ενέργεια προερχόμενη από υδρογόνο. Χαρακτηριστικό παράδειγμα για το πώς το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παραχθεί ενέργεια είναι οι λεγόμενες κυψέλες καυσίμου (fuel cells), στοιχεία τα οποία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με βάση το υδρογόνο. Περισσότερα για τις κυψέλες καυσίμου αναφέρονται πιο κάτω. Η τάση κατανάλωσης καυσίμων όλο και μικρότερης περιεκτικότητας σε άνθρακα είναι ιστορικά εμφανής. Το υδρογόνο, απαλλαγμένο από κάθε ποσοστό άνθρακα, μπορεί να προσφέρει αρκετή ενέργεια για καθημερινές χρήσεις, όπως η ηλεκτροδότηση κτιρίων ή η κίνηση μεταφορικών μέσων. Το ότι υπάρχει ένας σαφής προσανατολισμός προς την κατεύθυνση του υδρογόνου δεν είναι τυχαίο: Το υδρογόνο έχει τo υψηλότερο ενεργειακό περιεχόμενο ανά μονάδα βάρους από οποιοδήποτε άλλο γνωστό καύσιμο, 120,7 kj/gr και 3 φορές μεγαλύτερο από αυτό της συμβατικής βενζίνης. Κάνει "καθαρή" καύση. Όταν καίγεται με οξυγόνο παράγει μόνο νερό και θερμότητα. Όταν καίγεται με τον ατμοσφαιρικό αέρα, ο όγκος του οποίου αποτελείται κατά 78% από άζωτο, παράγονται επίσης μερικά οξείδια του αζώτου, σε αμελητέο ωστόσο βαθμό. Για το λόγο ότι κάνει καθαρή καύση, δεν συμβάλλει στη μόλυνση του περιβάλλοντος. Το ποσό του νερού που παράγεται κατά τη καύση είναι τέτοιο, ώστε να θεωρείται επίσης αμελητέο και επομένως μη ικανό να επιφέρει κάποια κλιματολογική αλλαγή δεδομένης ακόμα και μαζικής χρήσης.
Ωστόσο, υπάρχουν και μειονεκτήματα στη χρήση του υδρογόνου ως καυσίμου, τα περισσότερα από τα οποία σχετίζονται με την ελλειπή σημερινή υποδομή και αποτελούν κυρίως τεχνικά προβλήματα τα οποία αναζητούν λύση: Ένα πρόβλημα είναι αυτό της αποθήκευσής του. Δεδομένου του ότι το υδρογόνο είναι πολύ ελαφρύ, η συμπίεση μεγάλης ποσότητας σε μικρού μεγέθους δεξαμενή είναι δύσκολη λόγω των υψηλών πιέσεων που χρειάζονται για να επιτευχθεί η υγροποίηση. Ωστόσο στην έκθεση της Φρανκφούρτης του 2001 παρουσιάστηκε μία υδρογονοκίνητη έκδοση του Mini Cooper, στο οποίο για την αποθήκευση του υδρογόνου χρησιμοποιήθηκε ένα νέο ρεζερβουάρ, που καταλαμβάνει τον ίδιο χώρο με ένα αντίστοιχο συμβατικό βενζινοκίνητων οχημάτων. Πρόβλημα επίσης αποτελεί η έλλειψη οργανωμένου δικτύου διανομής του. Μία λύση είναι η κατασκευή υπερκαλωδίων. Τα υπερκαλώδια θα μετέφεραν εξαιρετικά υψηλής έντασης ηλεκτρικά ρεύματα με σχεδόν μηδενική ηλεκτρική αντίσταση διαμέσου υπεραγώγιμων συρμάτων. Παράλληλα, μέσω των σωληνώσεων τους θα μεταφερόταν, υπό υψηλή πίεση, και υπέρψυχρο υδρογόνο σε εργοστάσια, σταθμούς ανεφοδιασμού υδρογονοκίνητων οχημάτων και, ίσως κάποια μέρα, σε οικιακούς φούρνους και καλοριφέρ. Υπάρχει, επίσης, το ζήτημα της προέλευσης της ενέργειας που δαπανάται για την παραγωγή του. Αν, για παράδειγμα, χρησιμοποιηθεί ενέργεια προερχόμενη από ανθρακούχα ορυκτά, το συνολικό περιβαλλοντολογικό όφελος είναι πρακτικά αρνητικό (συνυπολογίζοντας και την ενέργεια συμπίεσης/διαχείρισης). Χρήσεις Το υδρογόνο χρησιμοποιείται από τη βιομηχανία σε μεγάλο ποσοστό για την παρασκευή αμμωνίας, μεθανίου, μεθανόλης, βενζινών και μυρμηκικού οξέος (HCOOH). Αυτά χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για την παρασκευή άλλων προϊόντων, όπως εκρηκτικά, λιπάσματα, αντιψυκτικά κτλ. Η τεχνολογία τροφίμων χρησιμοποιεί το υδρογόνο για την παρασκευή τεχνητών λιπών με υδρογόνωση ελαίων. Το υδρογόνο επίσης χρησιμοποιείται από την επιστήμη της φυσικής με εφαρμογή στη μελέτη των στοιχειωδών σωματιδίων. Με τη μορφή υγρού βρίσκει χρήση στη μελέτη της υπεραγωγιμότητα
Κυψέλη καυσίμου Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χαρακτηριστούν σαν κέντρα ενός συστήματος το οποίο χρησιμοποιεί το υδρογόνο ως καύσιμο. Είναι αυτές οι οποίες αναλαμβάνουν τη μετατροπή του καυσίμου σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Η έννοια της κατάλυσης παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στη λειτουργία μιας κυψέλης καυσίμου, όπως θα δούμε παρακάτω και η έρευνα για τη βελτίωση των αποδόσεων γίνεται κυρίως σε αυτόν τον τομέα, τομέας εξ ορισμού μελετώμενος στην κλίμακα του νανομέτρου. Η κυψέλη καυσίμου αποτελεί ένα μηχανισμό για την ηλεκτροχημική μετατροπή της ενέργειας μετατρέποντας υδρογόνο και οξυγόνο σε νερό, παράγοντας ταυτόχρονα με τη διαδικασία αυτή, ηλεκτρισμό και θερμότητα. Ο ηλεκτρισμός παράγεται με τη μορφή συνεχούς ρεύματος. Η πρώτη κυψέλη φτιάχτηκε από τον Sir William Grove, το 1839. Ωστόσο η συστηματική έρευνα πάνω σε αυτές άρχισε μόλις τη δεκαετία του '60, όταν η NASA χρησιμοποίησε κυψέλες καυσίμου στο διαστημικό σκάφος Gemini και Apollo ως φθηνότερη λύση από την ηλιακήενέργεια.
2.1 Αρχή λειτουργίας Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να ταξινομηθούν βάση του τύπου του ηλεκτρολύτη τον οποίο χρησιμοποιούν. Το πιο γνωστό είδος είναι η κυψέλη καυσίμου με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίου ( PEM ). Δύο ηλεκτρόδια, τα οποία διαχωρίζονται από μία μεμβράνη, η οποία έχει το ρόλο του ηλεκτρολύτη. Μεταξύ αυτής της πολυμερισμένης μεμβράνης και των ηλεκτροδίων υπάρχει ένα στρώμα καταλύτη. Αργότερα θα μελετήσουμε τα μέρη μιας κυψέλης αναλυτικότερα. Συνοπτικά, η διαδικασία παραγωγής ηλεκτρισμού περιγράφεται από τα παρακάτω επιμέρους στάδια. Το υδρογόνο τροφοδοτεί την άνοδο της κυψέλης, το αρνητικό ηλεκτρόδιο, το οποίο ερχόμενο σε επαφή με τον καταλύτη διαχωρίζεται σε θετικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια. Η άνοδος και ο καταλύτης είναι τέτοιας κατασκευής ώστε η διάχυση των ατόμων του υδρογόνου να γίνεται με ομογενή τρόπο. Τα ηλεκτρόνια τα οποία απελευθερωθήκαν μεταφέρονται μέσω εξωτερικού ηλεκτρικού κυκλώματος προς την κάθοδο δημιουργώντας ηλεκτρισμό αφού η μεμβράνη αποτρέπει τη διέλευση τους μέσω αυτής. Για αυτό το λόγο άνοδος και καταλύτης διαλέγονται αγώγιμα υλικά. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα του υδρογόνου (στην ουσία αναφερόμαστε σε μεμονωμένα πρωτόνια) διαπερνούν τη μεμβράνη και ενώνονται με το οξυγόνου το οποίο τροφοδοτεί την κάθοδο, το θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο, και παράγεται νερό. Όπως και πριν, την ομογενή διάχυση του οξυγόνου στον καταλύτη εξασφαλίζει η κατασκευή του ηλεκτροδίου. Ο καταλύτης αναλαμβάνει την επιτάχυνση της δημιουργίας του νερού από τα συστατικά του. Στο σχηματισμό του νερού συμμετέχουν εκτός των μορίων του οξυγόνου και των ιόντων του υδρογόνου, τα ηλεκτρόνια τα οποία διοχετεύτηκαν μέσω του εξωτερικού ηλεκτρικού κυκλώματος στην κάθοδο, στην αρχή της διαδικασίας. Τα δύο στρώματα (στηριζόμενου) καταλύτη χρησιμεύουν στην αύξηση της ταχύτητας των αντιδράσεων διάσπασης του μορίου του υδρογόνου και της ένωσης υδρογόνου οξυγόνου για τη δημιουργία νερού, στην άνοδο και στην κάθοδο αντίστοιχα. Συνήθως αποτελείται από ένα πολύ λεπτό στρώμα λευκόχρυσου (Pt) πάνω σε επιφάνεια άνθρακα. Το στρώμα αυτό είναι και το μέρος του καταλύτη το οποίο βρίσκεται σε επαφή με τη μεμβράνη. Ο καταλύτης είναι τραχύς και πορώδης ώστε να μεγιστοποιεί η εκτεθειμένη επιφάνεια του. Οι χημικές αντιδράσεις οι οποίες χαρακτηρίζουν τα παραπάνω βήματα, συνοψίζονται παρακάτω.
Στην άνοδο: Στην κάθοδο: 2H 2 4H + +4e(-) O 2 + 4H + + 4e - 2H 2 O Ολική αντίδραση: 2H 2 + O 2 2H 2 O Οι παραπάνω αντιδράσεις σε μία απλή κυψέλη καυσίμου παράγει περίπου στα 0,7 Volts. Προκειμένου να παραχθούν μεγαλύτερες (και πρακτικά αξιοποιήσιμες) τάσεις, χρησιμοποιούνται περισσότερες κυψέλες σε σειρά (fuel cell stack). 2.2 Είδη κυψελών καυσίμου Κυψέλη καυσίμου πολυμερισμένης μεμβράνης (PEM) Αυτές οι κυψέλες (κυψέλες καυσίμου ανταλλαγής πρωτονίων, proton exchange membrane fuel cells, PEM ) λειτουργούν σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες και παράγουν ισχύ αρκετή για την εφαρμογή τους για την ικανοποίηση καθημερινών ενεργειακών αναγκών, όπως αυτή για την κίνηση ενός οχήματος. Σε αυτό βοηθά η ικανότητα τους να προσαρμόζονται σε γρήγορες αυξομειώσεις στην απαίτηση ισχύος. Η ισχύς που παράγει μια τέτοια κυψέλη κυμαίνεται μεταξύ των 50 και 250 kw. Ο συγκεκριμένος τύπος κυψέλης είναι αρκετά ευαίσθητος σε μη καθαρά καύσιμα. Η έρευνα πάνω στις κυψέλες καυσίμου όσων αφορά εφαρμογές τους στην τροφοδότηση οχημάτων αυτή τη στιγμή είναι επικεντρωμένη κυρίως σε αυτόν τον τύπο. Κυψέλη καυσίμου φωσφορικού οξέος (PAFC) Οι κυψέλες φωσφορικού οξέος (phosphoric - acid fuel cells, PAFC) είναι αυτές όπου είναι διαθέσιμες σήμερα στο εμπόριο. Η απόδοση ενός τέτοιου συστήματος κυμαίνεται σε αρκετά υψηλά επίπεδα. Οι θερμοκρασίες λειτουργίας του βρίσκονται στην περιοχή των 150 με 200 o C. Σε χαμηλότερες θερμοκρασίες το φωσφορικό οξύ γίνεται κακός ιοντικός αγωγός και το μονοξείδιο του άνθρακα CO το οποίο σχηματίζεται πάνω στον καταλύτη δηλητηριάζει την άνοδο ρίχνοντας πάρα πολύ την απόδοση. Ωστόσο τα επίπεδα ανοχής της συγκέντρωσης του CO είναι τέτοια ώστε να επιτρέπει περισσότερα είδη καυσίμων για τη τροφοδότηση του. Στην περίπτωση της συμβατικής βενζίνης ωστόσο πρέπει να απομακρυνθούν τα σουλφίδια. Τα μειονεκτήματα των PA κυψέλων καυσίμου, είναι το μεγάλο μέγεθος και βάρος, ο ακριβός καταλύτης όπου χρησιμοποιείται (λευκόχρυσος) ενώ το ρεύμα το οποίο παράγεται είναι χαμηλό και η ισχύς συγκρίσιμη με αυτή άλλων τύπων κυψέλων καυσίμου.
Οι ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που χαρακτηρίζουν αυτόν τον τύπο είναι ίδιες με αυτής της PEM κυψέλης. Κυψέλη καυσίμου μεθανόλης (DMFC) Σε όλες τις παραπάνω κυψέλες ως καύσιμο χρησιμοποιείται το υδρογόνο. Ωστόσο, ο συγκεκριμένος τύπος κυψελών (direct methanol fuel cells, DMFC) χρησιμοποιεί ως καύσιμο μεθανόλη χωρίς να απαιτεί τη μετατροπή της σε υδρογόνο. Σε αυτή την περίπτωση η μεθανόλη είναι αυτή που οξειδώνεται στην άνοδο. Η κατηγορία αυτή είναι πιο πρόσφατη των κυψελίδων PEM με αρκετά ακόμα προβλήματα προς επίλυση όπως η μεγάλη ποσότητα καταλύτη όπου απαιτείται. Ωστόσο, εάν η συγκεκριμένη τεχνολογία επρόκειτο να χρησιμοποιηθεί στη θέση των PEM κυψέλων δε θα υπήρχε η ανάγκη αναζήτησης εναλλακτικών τρόπων αποθήκευσης του καυσίμου όπως γίνεται στη δεύτερη περίπτωση με το υδρογόνο ενώ δε θα ήταν αναγκαία και η ανάπτυξη αναμορφωτών. 2.3. Ηλεκτρόδια κυψέλης Τα ηλεκτρόδια της κυψέλης αποτελούν πολύπλοκες νανοδομές και περιέχουν καταλύτη, πόρους και ηλεκτρικά αγώγιμα υλικά. Όλες οι ηλεκτροχημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα σε μία κυψέλη καυσίμου αποτελούνται από δύο επιμέρους ημι-αντιδράσεις. Την οξείδωση (Αγγλ. Oxidation) του υδρογόνου η οποία πραγματοποιείται στην άνοδο και την αναγωγή (Αγγλ. Reduction) του οξυγόνου στην κάθοδο. Με την οξείδωση του υδρογόνου παράγονται ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια), τα οποία μεταφέρονται μέσω της ιοντικά αγώγιμης μεμβράνης στην κάθοδο και ηλεκτρόνια τα οποία διοχετεύονται στο εξωτερικό κύκλωμα καθώς η διέλευση τους μέσα από τη μεμβράνη δεν είναι δυνατή. Η αναγωγή του οξυγόνου γίνεται καθώς το οξυγόνο το οποίο παρέχεται από τον αέρα έρχεται σε επαφή με τα ιόντα υδρογόνου και παράγεται νερό και θερμότητα. Αντίθετα με τη διαδικασία της οξείδωσης, στη διαδικασία της αναγωγής δεν έχει ακόμα κατανοηθεί ο μηχανισμός της αντίδρασης πλήρως. Εδώ θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ταχύτητα της καθοδικής αντίδρασης είναι 100 φορές μικρότερη από αυτή της ανόδου και αυτό δημιουργεί ένα σημαντικό όριο στην απόδοση της κυψέλης. Η χαμηλή ταχύτητα αναγωγής του οξυγόνου οφείλεται σε 3 παράγοντες: Στη μεγάλη ισχύ του δεσμού του μοριακού οξυγόνου και στην αυξημένη σταθερότητα του δεσμού Pt - O ή Pt - OH. Στο ότι είναι αντίδραση μεταφοράς 4 ηλεκτρονίων Στην δημιουργία παραπροϊόντων όπως το H 2 O 2 (OH-OH) 2.4. Αναμορφωτές Οι κυψέλες καυσίμου βασίζονται στο υδρογόνο. Ωστόσο οποιοδήποτε υλικό το οποίο περιέχει υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο, όπως η μεθανόλη, η αιθανόλη, το φυσικό αέριο, παράγωγα του πετρελαίου, υγρό προπάνιο κτλ. Μέσω της διαδικασίας της αναμόρφωσης (reforming)
επιτυγχάνεται η παραγωγή υδρογόνου από τα υλικά αυτά και κατά αυτό τον τρόπο γίνεται εφικτή η χρήση του σε εφαρμογές όπως η κίνηση ενός οχήματος χωρίς να είναι απαραίτητη αποθήκευση του αυτού καθ' αυτού. Οι αναμορφωτές φαίνεται να είναι αναγκαίοι αφού προς το παρόν δεν υπάρχει οργανωμένη υποδομή για την παράδοση υδρογόνου ενώ δεν υπάρχουν επίσης και αποτελεσματικοί τρόποι για την αποθήκευση του ώστε να επιτευχθεί η άμεση χρήση του. Η αναμόρφωση μπορεί να λάβει χώρα σε μεγάλη, μεσαία ή μικρή κλίμακα. Παράδειγμα της πρώτης είναι η παραγωγή του υδρογόνου σε υγρή μορφή ύστερα από επεξεργασία των καυσίμων σε μεγάλα εργοστάσια παραγωγής. Παράδειγμα της δεύτερης αποτελούν οι ήδη υπάρχοντες σταθμοί ανεφοδιασμού. Τέλος αναμόρφωση μπορεί να γίνει τοπικά με την άμεση τροφοδότηση μιας κυψέλης καυσίμου από τον αναμορφωτή όπως για παράδειγμα σε ένα όχημα το οποίο τροφοδοτείται αρχικά με συμβατική βενζίνη την οποία μετατρέπει σε υδρογόνο προς χρήση στην κυψελίδα καυσίμου. 2.5. Στήλη κυψελών καυσίμου Η απόδοση μιας κυψέλης καυσίμου δεν είναι 100% κι επομένως η θεωρητική τάση των 1,16 V δε συναντάται. Αντίθετα μια συνηθισμένη τιμή τάσης εξόδου ισούται περίπου με 0,7V. Ωστόσο επειδή αυτή η τάση είναι μικρή και επομένως ακατάλληλη για τις περισσότερες πιθανές εφαρμογές της, γίνεται χρήση παραπάνω από μιας κυψέλης συνδεόμενες μεταξύ τους σε σειρά, δημιουργώντας αυτό το οποίο ονομάζουμε στήλη κυψέλης καυσίμου (fuel cell stack). Ανάλογα με τη χρήση όπου προορίζεται η κυψέλη η στήλη μπορεί να αποτελείται από μερικές έως και εκατοντάδες κυψέλες. Ειδικά σε περιπτώσεις όπου απαιτείται εκτός από μεγάλη τάση και μεγάλη ισχύ χρησιμοποιούνται περισσότερες από μία στήλες σε σειρά. Προκειμένου να μειωθεί ο συνολικός όγκος και βάρος της στήλης γίνεται χρήση αντί δύο πλακών καθορισμού της ροής των αερίων, μίας. Αυτή η πλάκα έχει δύο περιοχές με κανάλια μεταφοράς, μια σε κάθε μεριά της η οποία αναλαμβάνει τη μεταφορά και διαφορετικού αερίου (υδρογόνου ή αέρα) και ονομάζεται διπολική πλάκα (bipolar plate). Στα άκρα της κυψέλης βρίσκονται δύο απλές πλάκες. Ιδιαίτερη σημασία δίνεται στο αδιαπέραστο από αέρια της στήλης διότι σε αντίθετη περίπτωση υδρογόνο και αέρας θα ενώνονταν άμεσα χωρίς την παραγωγή εκμεταλλεύσιμου ρεύματος. Η διπολική πλάκα πρέπει επίσης να είναι αγώγιμη ώστε το ρεύμα να μπορεί να κινηθεί από τη μία κυψέλη στην επόμενη.
3. Χρήση του υδρογόνου ως καύσιμο σε Κινητήρες-ΜΕΚ Υδρογονοκίνητες BMW Η BMW επιδεικνύοντας ένα στόλο πειραματικών αυτοκίνητων, τα οποία κινούνται με υδρογόνο, προσπαθεί να οδηγήσει τις εξελίξεις που θα μας προσφέρουν ένα καθαρότερο περιβάλλον. Η ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ενός οχήματος μηδενικών ρύπων, που να παρέχει ταυτόχρονα πρακτικότητα, άνεση, καλές επιδόσεις και μεγάλη αυτονομία, είναι πλέον εφικτή. Η BMW το απέδειξε με το λανσάρισμα της πειραματικής 750 hl, η οποία από τις αρχές του 2001 έχει ξεκινήσει το γύρο του κόσμου, για να επιδείξει τα πλεονεκτήματά της σε όλα τα μήκη και πλάτη της γης. Πρόκειται για ένα όχημα εφοδιασμένο με κινητήρα εσωτερικής καύσης, ο οποίος έχει υποστεί τις κατάλληλες μετατροπές, για να μπορεί να λειτουργήσει με υδρογόνο. Είναι γνωστό ότι κατά την καύση καθαρού υδρογόνου, δηλαδή κατά την ένωσή του με το οξυγόνο του ατμοσφαιρικού αέρα, παράγεται μόνο νερό. Αντίθετα, οργανικά καύσιμα όπως η βενζίνη, όταν καίγονται, παράγουν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα. Το αέριο αυτό είναι ο βασικός υπεύθυνος για το φαινόμενο του θερμοκηπίου και το χειρότερο είναι ότι δεν μπορούμε να το περιορίσουμε με τη χρήση καταλυτών. Η BMW βλέπει ως μόνη βιώσιμη λύση τη χρήση καθαρού υδρογόνου και προσπαθεί, με προσεκτικά μελετημένες κινήσεις, να δημιουργήσει τις προϋποθέσεις για τη σταδιακή επικράτηση του υδρογόνου στην παγκόσμια αγορά ενέργειας. Έτσι, από τον Φεβρουάριο του τρέχοντος έτους, ξεκίνησε μία παγκόσμια περιοδεία που περιλαμβάνει συνολικά 5 σταθμούς στρατηγικής σημασίας. Σκοπός της εταιρείας είναι η ενημέρωση για τις προοπτικές του υδρογόνου, η σύναψη συμμαχιών, η επίλυση των εναπομεινάντων τεχνολογικών προβλημάτων και, κυρίως, η εξασφάλιση υποστήριξης σε πολιτικό επίπεδο. Τα τεχνικά προβλήματα και οι συμμαχίες Δεδομένης της ύπαρξης του αυτοκινήτου, στο εξής οι προσπάθειες θα πρέπει να στρέφονται γύρω από τρεις βασικούς άξονες: την οικολογική και με χαμηλό κόστος παραγωγή του υδρογόνου, την εξέλιξη της υποδομής για την ασφαλή μεταφορά, αποθήκευση και τροφοδοσία του και, τέλος, την τυποποίηση των διαδικασιών και της τεχνολογίας, ώστε να είναι δυνατή η παγκόσμια επικράτησή του. Στο θέμα της παραγωγής του υδρογόνου πολύτιμος σύμμαχος είναι η ΒΡ, η οποία σε πρώτη φάση προτείνει την απομάστευσή του από το φυσικό αέριο. Όμως, η διαδικασία αυτή απλώς μεταθέτει την παραγωγή του διοξειδίου του άνθρακα στα διυλιστήρια, επομένως δεν ενδείκνυται ως τελική λύση. Αντίθετα, ο απώτερος σκοπός είναι η παραγωγή του υδρογόνου από ηλεκτρόλυση του νερού με χρήση ηλεκτρισμού παραγόμενου από ηλιακή ή αιολική ενέργεια. Στις έρευνες για τη μεταφορά και την τροφοδοσία, εκτός από την ΒΡ, συμμετέχει και η εταιρεία Linde AG, η οποία μέχρι στιγμής έχει κατασκευάσει και χειρίζεται τους σταθμούς που τροφοδοτούν τα οχήματα της BMW με υγρό υδρογόνο στην απίστευτη θερμοκρασία των -253 C! Το ζήτημα της
τυποποίησης έχει αναλάβει ο γερμανικός οργανισμός TUV, ο οποίος διενεργεί έρευνες για τους κανόνες πιστοποίησης όσον αφορά σε ασφάλειας τόσο του αυτοκινήτου τεστ) όσο και της υποδομής αποθήκες και διακίνησης του υδρογόνου. Η BMW συνοδευόμενη από τους βασικούς συνεργάτες της, την ΒΡ και τη Linde, ξεκίνησε από την 1η Φεβρουαρίου του 2001 μια παγκόσμια περιοδεία γιο την εξάπλωση της ιδέας του υδρογόνου, με πρώτο σταθμό το Ντουμπάι, το εμιράτο του πετρελαίου. Η επιλογή αυτή δεν έγινε τυχαία, αφού οι Γερμανοί γνωρίζουν καλά πως είναι αφέλεια να πιστεύει κανείς ότι μπορεί να αλλάξει ριζικά το «χάρτη» της αγοράς ενέργειας, βλάπτοντας κεκτημένα συμφέροντα. Το θετικό είναι ότι ο Περσικός Κόλπος εκτός από υπόγεια κοιτάσματα διαθέτει και άφθονο ήλιο. Έτσι, η συγκεκριμένη περιοχή θα μπορούσε να παραμείνει επικεφαλής στην παραγωγή ενέργειας, με την κατασκευή ηλιακών εγκαταστάσεων για την παραγωγή υδρογόνου από την ηλεκτρόλυση του νερού. Είναι χαρακτηριστικό ότι ο υπουργός Πολιτισμού του εμιράτου, σουλτάνος Αλ Σουεϊντί, ανακοίνωσε την επένδυση του αστρονομικού ποσού των 46 δισεκατομμυρίων δολαρίων, μέσα στα επόμενα 10 χρόνια, για έρευνα γύρω από το υδρογόνο. Δεύτερος σταθμός στην περιοδεία ήταν οι Βρυξέλλες, η καρδιά της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Εκεί βρεθήκαμε κι εμείς, όπου μας δόθηκε η ευκαιρία να συνοδηγήσουμε μία από τις πειραματικές 750 hl και να παρακολουθήσουμε το ενδιαφέρον των Ευρωπαίων πολιτικών. Η πολιτική υποστήριξη του εγχειρήματος είναι μείζονος σημασίας και θα πρέπει να περιλαμβάνει τόσο διαρθρωτικές αλλαγές όσο και τις απαραίτητες νομοθετικές ρυθμίσεις. Φορολογικά, το υδρογόνο θα πρέπει να αντιμετωπιστεί πολύ ευνοϊκότερα από τα υπόλοιπα καύσιμα, ενώ για την καθολική επικράτησή του στην αγορά ενέργειας θα πρέπει να δημιουργηθεί ένα θετικό πολιτικό κλίμα που να εμπνέει ασφάλεια στους επίδοξους επενδυτές. Προς την κατεύθυνση αυτή, η αντιπρόεδρος της Ευρωπαϊκής Επιτροπής και επίτροπος για την ενέργεια και τις μεταφορές, Λογιόλα Ντε Παλάτσιο, περιέγραψε το υδρογόνο ως ενεργειακή πηγή του μέλλοντος, με την προϋπόθεση ότι αυτό παράγεται με ανανεώσιμες μεθόδους (ηλεκτρόλυση). Μετά τις Βρυξέλλες, σειρά στην περιοδεία έχει το Μιλάνο, όπου θα εγκατασταθεί και ένας σταθμός για τον εφοδιασμό του στόλου της BMW με υγρό υδρογόνο. Ακολουθεί το Τόκιο, ενώ τελικός προορισμός είναι το Λος Άντζελες, η πόλη με τους αυστηρότερους περιορισμούς στην εκπομπή ρύπων. Είναι φανερό ότι η εκστρατεία της BMW κρύβει μια προσεκτικά μελετημένη στρατηγική που προσπαθεί να καλύψει όλες τις πτυχές του προβλήματος. Άλλο τόσο φανερό είναι το γεγονός ότι η οικολογία αποτελεί εν γένει πολιτικοοικονομική υπόθεση, με τους επιστήμονες να περιορίζονται περισσότερο από εξωγενείς παράγοντες και όχι από παράγοντες που έχουν να κάνουν με την ίδια την επιστήμη 750 hl: το αυτοκίνητο Πρόκειται για ένα πειραματικό αυτοκίνητο που Βασίζεται στη γνωστή Λιμουζίνα της εταιρείας. Βασικό στοιχείο διαφοροποίησης είναι ο κινητήρας, ο οποίος έχει δεχθεί τις κατάλληλες μετατροπές, ώστε να μπορεί να καίει, κατ' επιλογήν, Βενζίνη ή υδρογόνο. Διαθέτοντας δώδεκα κυλίνδρους σε διάταξη V, συνολικής χωρητικότητας 5.379 κ.εκ., αποδίδει περίπου 200 ίππους με χρήση υδρογόνου και 320 ίππους με χρήση βενζίνης, διαφορά που οφείλεται στη μειωμένη θερμογόνο ικανότητα του υδρογόνου. Το αυτοκίνητο διαθέτει ειδική
δεξαμενή, χωρητικότητας 140 λίτρων, για την αποθήκευση του υδρογόνου σε υγρή μορφή, καθώς και κλασικό ντεπόζιτο για την αποθήκευση της βενζίνης. Η αυτονομία με Βάση το υδρογόνο ανέρχεται σε 350 χιλιόμετρα, ενώ με χρήση και της βενζίνης φτάνει τα 600 χιλιόμετρα. Η υιοθέτηση της ιδέας ενός αυτοκινήτου που χρησιμοποιεί υδρογόνο, αλλά ταυτόχρονα διατηρεί τη δυνατότητα κίνησης με Βενζίνη, κρίθηκε αναγκαία για τη μεταβατική περίοδο, κατά την οποία οι σταθμοί ανεφοδιασμού με υδρογόνο θα είναι περιορισμένοι σε αριθμό. θετική κρίνεται, επίσης, η ύπαρξη μιας μικρής συστοιχίας ενεργειακών κυψελών, ισχύος 5 κιλοβάτ, που χρησιμοποιεί υδρογόνο για να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα και καλύπτει τις απαιτήσεις σε ρεύμα, όταν ο κινητήρας είναι σβηστός. Για την ιστορία, αναφέρουμε ότι η 750 hl χρησιμοποιώντας υδρογόνο χρειάζεται 9,6 δευτερόλεπτα για τα 100 χλμ./ώρα από στάση, ενώ η τελική της ταχύτητα ανέρχεται σε 226 χλμ./ώρα. Αυτήν τη στιγμή (2001), ο στόλος της BMW αριθμεί 15 αυτοκίνητα, τα οποία, αφού διήνυσαν επιτυχώς 100.000 χλμ. στην Ευρώπη, συμμετέχουν στην παγκόσμια περιοδεία της εταιρείας. Επιτυχή πειράματα με μια Μερτσέντες (Auto Express 134, 9/1978) Η ενεργειακή κρίση στα τέλη του 1973, έκανε σαφές το γεγονός ότι το πετρέλαιο δεν υπάρχει σε απεριόριστες ποσότητες, και πώς κάποτε, είτε το θέλουμε είτε όχι, θα τελειώσει. Στο χρόνο που ακολούθησε, άρχισαν σ' όλο τον κόσμο εντατικές προσπάθειες προς αναζήτηση εναλλακτικών λύσεων για νέες μορφές ενέργειας. τα πρώτα αποτελέσματα δεν ήταν τόσο ενθαρρυντικά. Οι «λύσεις» που είχαν βρεθεί, βασίζονταν πάνω στον άνθρακα που είτε με υδρογόνωση και εκχύλιση, είτε με εξαέρωση για παραγωγή μεθανόλης, αποτελούσε πάντα την πηγή πρωτεύουσας ενέργειας. Και η «λύση» αυτή θεωρείται σήμερα βραχυπρόθεσμη, αν σκεφθεί κανείς πως και τα αποθέματα γαιανθράκων θάχουν κάποτε κι' αυτά ένα τέλος. Εκείνο που για τούς πολλούς φαίνεται σήμερα ουτοπία, θα αποτελέσει ίσως κάποτε το μόνο καύσιμο για την κίνηση των αυτοκινήτων: το ΥΔΡΟΓΟΝΟ. Και ας φανταστούμε μια «παράλογη» σκηνή: το υδρογόνο από το ρεζερβουάρ φθάνει στον κινητήρα, «καίγεται» και βγαίνει από την εξάτμιση με μορφή νερού. Ούτε δηλητηριώδες μονοξείδιο του άνθρακος, ούτε δηλητηριώδες οξείδιο του αζώτου, παρά μόνο καθαρό νεράκι. Οι πολέμιοι των καυσαερίων θάχουν πάρει πια σύνταξη, αν δεν μείνουν άνεργοι. το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί από άνθρακα, γαιαέριο και ελαφρά βενζίνη σε μεγάλες ποσότητες. Ίσως όμως η λύση του υδρογόνου φανεί κι αυτή βραχυπρόθεσμη, τουλάχιστο η παραγωγή από τα στοιχεία που αναφέραμε. Εδώ υπάρχει μια δεύτερη οδός που εξασφαλίζει μακροπρόθεσμα την ύπαρξη υδρογόνου, με τη βοήθεια του νερού και της θερμότητας από πυρηνικό αντιδραστήρα, κατά τις ακόλουθες αντιδράσεις: Νερό + Ενέργεια (1) = Υδρογόνο + Οξυγόνο και Υδρογόνο + Οξυγόνο = Νερό + Ενέργεια (2)
δηλαδή: Ενέργεια (1) = Ενέργεια (2). Οι αντιδράσεις δείχνουν πώς το νερό που υπάρχει σε ανυπολόγιστη ποσότητα, διασπάται με τη βοήθεια υψηλής θερμοκρασίας ( Ενέργεια (1) σε οξυγόνο και υδρογόνο. το υδρογόνο που ελευθερώνεται από την αντίδραση αυτή, ερχόμενο σε επαφή με οξυγόνο (πού υπάρχει στην ατμόσφαιρα) «καίγεται» δίνοντας ενέργεια (2) και νερό. Φυσικά είναι ευνόητο ότι η τιμή της ενέργειας (1) είναι μεγαλύτερη τής (2), πράγμα που σημαίνει πως για να είναι συμφέρουσα μια τέτοια λύση, προσφέρεται σαν ενέργεια (1) η πυρηνική και μόνο. Τρεις δυνατότητες υπάρχουν για την καύση του υδρογόνου σε ένα κινητήρα, που όπως δείχνουν τα μέχρι στιγμής πειράματα, είναι τετράχρονος με παλινδρομικά έμβολα: με μορφή αερίου, υγρού, ή με μορφή υδριδίων μετάλλου. Η αποθήκευση όμως υδρογόνου με αέρια ή υγρά μορφή είναι προβληματική, λόγω του άμεσου κινδύνου εκρήξεως όταν ενωθεί με οξυγόνο («κροτούν αέριο»). τα υδρίδια είναι άλατα μετάλλων που έχουν την ιδιότητα να απορροφούν το υδρογόνο, όπως το στυπόχαρτο τη μελάνη, και ακόμη να αποθηκεύουν χιλιάδες λίτρα, σε σχετικά μικρό δικό τους όγκο (Μέχρι 2.000 λίτρα υδρογόνου «αποθηκεύονται» σε ένα λίτρο υδριδίου). το υδρογόνο απελευθερώνεται από το υδρίδιο με τη βοήθεια μικρής θερμότητας (μπορεί να παρθεί από το σύστημα ψύξεως), και οδηγείται στον κινητήρα με αέριο μορφή όπου προ του θαλάμου καύσεως γίνεται μίγμα με τον αέρα, το όποιο κατόπιν καίγεται με αυτανάφλεξη (όπως στον Ντίζελ) μέσα στον θάλαμο καύσεως. Ας δούμε όμως, τι ενέργεια προσφέρει ένα ρεζερβουάρ υδρογόνου ή, σωστότερα, υδρίδια με «αποθηκευμένο» υδρογόνο τα όποια ζυγίζουν όσο και ένα ρεζερβουάρ γεμάτο βενζίνη σ' ένα αυτοκίνητο τής μεσαίας κλάσεως. Εδώ οι αριθμοί δεν είναι και τόσο ενθαρρυντικοί: Ένα κιλό βάρους υδριδίων αποδίδει ενέργεια 2,5 κιλοβαττωρίων, ενώ ένα κιλό βενζίνη δίνει 10 κιλοβαττώρια ενέργεια, γεγονός που σημαίνει μια αναλογία 1:4, με αποτέλεσμα για να θέλουμε να έχουμε την ίδια ενέργεια να χρειαζόμαστε ένα ρεζερβουάρ τετραπλάσιο ενός κανονικού. Αυτή η διαπίστωση ενοχλούσε φοβερά τους επιστήμονες ανά τον κόσμο που ασχολούνται με το υδρογόνο και τη χρησιμοποίηση του σαν καύσιμο στα αυτοκίνητα. Τρεις από αυτούς, μετά από έρευνα πολύμηνη, πιστεύουν πως βρήκαν την «χρυσή τομή» του προβλήματος. Ο διευθυντής φυσικών ερευνών της Μερσέντες Ζώϋφερερ, ο μεταλλειολόγος Μπούχνερ, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, και ο διευθυντής του ινστιτούτου μηχανών εσωτερικής καύσεως στο Πανεπιστήμιο του Κάϊζερσλαουτερν, Μάυ, κατασκεύασαν ένα κινητήρα βενζίνης υδρογόνου. Το δημιούργημά τους είναι ένας κινητήρας, που στις μικρές ταχύτητες (μέχρι 60 χλμ./ώρα) χρησιμοποιεί σαν καύσιμο το υδρογόνο, άρα, δεν εκπέμπει σχεδόν καθόλου επιβλαβή καυσαέρια, ενώ όταν η ταχύτητα αυξηθεί, τη θέση του υδρογόνου σαν καύσιμο, παίρνει πλέον η βενζίνη, με ενδιάμεσο όμως
στάδιο, κατά το όποιο «καίγεται» συγχρόνως βενζίνη και υδρογόνο σε ανάλογες ποσότητες που κι αυτές επηρεάζονται από την ταχύτητα του αυτοκινήτου. Τί επιτυγχάνεται με τον κινητήρα αυτό που χρησιμοποιεί δύο διαφορετικά καύσιμα; Η απάντηση είναι απλή: σε κυκλοφορία μέσα στην πόλη, χρησιμοποιείται μόνον υδρογόνο, εκλείπουν τοιουτοτρόπως τα καυσαέρια. Ακόμη η εκκίνηση του κινητήρα είναι πολύ πιο εύκολη και γρήγορη. Σε κυκλοφορία έξω από την πόλη, που οι ταχύτητες είναι πολύ μεγαλύτερες χρησιμοποιείται μόνο βενζίνη, που όπως είδαμε παραπάνω με το ίδιο βάρος προσφέρει τετραπλάσια ενέργεια. Έξω από τις πόλεις το πρόβλημα της μολύνσεως της ατμόσφαιρας από τα καυσαέρια δεν είναι τόσο σοβαρό ο κινητήρας έχει τοποθετηθεί ήδη σε αυτοκίνητο, συγκεκριμένα σε μια Μερτσέντες 280 Ε, που κυκλοφορεί στη Γερμανία και έχει διανύσει μέχρι τώρα αρκετές δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα. Βασικά ο κινητήρας δεν παρουσιάζει ουσιαστικές διαφορές από τον κανονικό της 280 Ε. Στο εσωτερικό του αυτοκινήτου έχουν τοποθετηθεί όργανα μετρήσεων των διαφόρων τιμών. Ανάμεσά τους και δύο που δείχνουν την εκάστοτε αναλογία του μίγματος βενζίνης υδρογόνου, όπου μέχρι τα 60 χλμ./ώρα ο δείκτης ροής βενζίνης βρίσκεται στο μηδέν. Οι τρεις επιστήμονες υποστηρίζουν πώς ο κινητήρας τους με τα «πτωχά» του καυσαέρια, θα μπορεί να εκπληρεί τις αυστηρές αμερικάνικες προδιαγραφές ακόμη και μετά από είκοσι χρόνια. Με το συνδυασμό υδρογόνου βενζίνης λύνεται και το πρόβλημα χώρου που δημιουργεί το υδρογόνο όταν χρησιμοποιείται μόνο του. Δέκα έξη λίτρα είναι συνολικά ο όγκος που καταλαμβάνει το ρεζερβουάρ υδρογόνου στην Μερτσέντες, που στην ουσία δεν είναι «ρεζερβουάρ» μα σύστημα από πολλές σωληνώσεις, στις όποιες βρίσκεται το μέταλλο (υδρίδιο) από το όποιο απελευθερώνεται το αέριο υδρογόνο. Ο «κύκλος» του υδρογόνου γίνεται στην έξης σειρά: Στην αρχή περνά υγραέριο (βουτάνιο - προπάνιο) πάνω από το άλας του μετάλλου, το όποιο με την σειρά του απορροφά το υδρογόνο που αποτελεί το 60 % σχεδόν του υγραερίου. Αυτό είναι και το «γέμισμα» με υδρογόνο, που γίνεται γρήγορα και δεν στοιχίζει περισσότερο από τη βενζίνη. Κατά την διάρκεια του «γεμίσματος» απελευθερώνεται θερμότητα, η οποία μπορεί να αφεθεί στην ατμόσφαιρα ή και να χρησιμοποιηθεί κάπου αλλού. Για να απελευθερωθεί κατόπιν το υδρογόνο από το μέταλλο και να οδηγηθεί στον κινητήρα προς καύση, απαιτείται μικρή ποσότητα θερμότητας, την οποία μπορεί να πάρει κανείς από το σύστημα ψύξεως ή το σύστημα εξατμίσεως. Έτσι υπάρχει διπλό όφελος, αφού γίνεται ταυτόχρονα μία έμμεση ψύξη του κινητήρα. ο κίνδυνος εκρήξεως, όπως απέδειξε η σειρά πειραμάτων, είναι μικρός πολύ μικρότερος από εκείνον στο ρεζερβουάρ της βενζίνης. Πρέπει να σημειώσουμε εδώ, πως το υδρογόνο έχει το πλεονέκτημα να καίγεται με κατακόρυφη φλόγα που δεν εξαπλώνεται. Ακόμη ένα πλεονέκτημα είναι πώς αν κάποιος σωλήνας χάσει τη στεγανότητά του, το υδρογόνο που ρέει μέσα σ' αυτόν, παγώνει στο σημείο εκείνο και εμποδίζει την διαρροή του υπολοίπου αερίου. Η παραγωγή σειράς ενός τέτοιου «μικτού» κινητήρα θα σήμαινε περιορισμό καταναλώσεως παραγώγων του πετρελαίου κατά 25 %, ανακούφιση των πόλεων από τα καυσαέρια. Τα έξοδα για την εγκατάσταση «αποθηκεύσεως» υδρογόνου θα
ήσαν μερικές εκατοντάδες μάρκα, όπως υποστηρίζει ο καθηγητής Μάυ, ο κινητήρας παραμένει ο ίδιος, φθάνει να διαθέτει σύστημα ψεκασμού, το όποιο συμπληρώνεται με επιπλέον ψεκαστήρες υδρογόνου και με μια ηλεκτρονική βαλβίδα. Το όλο σύστημα έχει απεριόριστη διάρκεια ζωής και μπορεί κατά την αγορά ενός νέου αυτοκινήτου να μονταριστεί από τον ιδιοκτήτη του σ' αυτό. Η λύση αυτή, την οποία η Μερτσέντες την θεωρεί σαν ώριμη για παραγωγή σειράς στο άμεσο μέλλον, φαίνεται πώς θα είναι και το πρώτο στάδιο της πλατιάς χρησιμοποίησης του υδρογόνου σαν καύσιμο στα αυτοκίνητά μας παράλληλα με την βενζίνη, μέχρις ότου γίνει πραγματικότητα η παραγωγή του από «καθαρό νεράκι» με την βοήθεια πυρηνικής ενέργειας που αναφέραμε στην αρχή, πραγματικότητα, που αισιόδοξοι επιστήμονες τοποθετούν πριν το 2000. 4. Τα πλεονεκτήματα του Υδρογόνου Ύδωρ, πηγή ζωής. Τώρα και βελτιωτικό καύσης! Νέα ηλεκτρολυτική συσκευή υβριδικού τύπου. Η επανάσταση στις συσκευές ηλεκτρόλυσης. Υδρογόνο βελτιωτικό καύσης για κινητήρες βενζίνης, πετρελαίου και LPG ΟΙΚΟΝΟΜΙΑ: ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ: Μείωση συμβατικού καυσίμου 20-30% συμπεριλαμβανομένου LPG Αύξηση της ιπποδύναμης έως 15% Αύξηση της ροπής 10 15% Αύξηση γραμμικότητας ισχύος από το χαμηλό φάσμα
των στροφών Αύξηση της απόκρισης του πεντάλ του γκαζιού Αύξηση της ελαστικότητας του κινητήρα. Μείωση καυσαερίων μέχρι 80% Απομάκρυνση εξανθρακωμάτων από προηγούμενη χρήση Μείωση θορύβου κινητήρα κατά 30% Μείωση των στροφών του κινητήρα στο ρελαντί ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΗ: Εύκολη τοποθέτηση σε όλα τα οχήματα ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ: Ετήσιο μικρό κόστος συντήρησης ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ Λειτουργεί με μικρή κατανάλωση ενέργειας από την μπαταρία του αυτοκινήτου, από 0,250 A. Καταναλώνει μικρή ποσότητα νερού κατά την ηλεκτρόλυση, 500ml αρκούν για να διανύσουμε 15000 χιλιόμετρα. Δεν απαιτείται η συμπλήρωση ηλεκτρολύτη παρά μόνο αποσταγμένου νερού. Δεν θερμαίνεται κατά το χρόνο λειτουργίας της. Δεν ατμοποιείται το νερό κατά την διάρκεια της ηλεκτρόλυσης. Έχει εγγύηση καλής λειτουργίας έως 5 χρόνια. Έχει εγγύηση επιστροφής χρημάτων 3 μήνες, μετά την αγορά της συσκευής, σε περίπτωση που δεν έχετε τα αποτελέσματα που περιγράφονται παραπάνω. Υδρογονοκίνηση. Δώστε ανάσες, στην τσέπη σας και στο περιβάλλον!!!
5. Παρουσίαση τοποθέτησης εξαρτημάτων για την παραγωγή υδρογόνου στα αυτοκίνητα με χρήση βίντεο Το παραπάνω βίντεο που υπάρχει σε μορφή mpeg στην παρουσίαση της εργασίας μας, καθώς και πολλά άλλα υπάρχουν στο διαδίκτυο, όπως πχ https://www.youtube.com/watch?v=f8hd_-bjfsm https://www.youtube.com/watch?v=qcyadgap9ik 6. Παρουσίαση και δραστηριότητες της περιβαλλοντικής ομάδας. Στην παραπάνω εργασία συμμετείχαν οι παρακάτω μαθητές της Α και Β τάξης του τμήματος <<ΘΕΡΜΟΥΔΡΑΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΣΥΝΤΗΡΗΤΩΝ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ>>: Α ΤΑΞΗ Γεωργιάδης Γιώργος Δασκαλάκης Κωνσταντίνος Κοτρωνάκης Δημήτρης Μπαγλάνης Μιχάλης Νταουντάκης Στέλιος Σειραδάκης Σπύρος
Β ΤΑΞΗ Αντωνοβαρδάκης Παναγιώτης Λυκάκης Ιωάννης Παλιουδάκης Πάυλος Χριστουλάκης Αλέξανδρος Χριστινάκη Ειρήνη Τέλος, την Τρίτη 14 Μαϊου στην αίθουσα πολλαπλών χρήσεων του σχολείου μας πραγματοποιήθηκε ολοκληρωμένη παρουσίαση της εργασίας, προβολή σχετικών με το περιεχόμενο αυτής ταινιών, καθώς και συζήτηση-εκτίμηση πάνω στα οφέλη προς τους μαθητές που ασχολήθηκαν με αυτήν. Στην παραπάνω παρουσίαση συμμετείχαν οι υπεύθυνοι καθηγητές του προγράμματος καθώς και όλοι οι μαθητές του τμήματος. Αξίζει να σημειωθεί ότι το κλίμα που επικράτησε σε όλη την διάρκεια της αποπεράτωσης της εργασίας καθώς και στην τελική παρουσίαση αυτής ήταν άκρως συναδελφικό και επαγγελματικό,δείγμα της άριστης ποιότητας των μαθητών που φοιτούν στην Ε.ΠΑΣ ΧΑΝΙΩΝ, από την αρχή της λειτουργίας της έως και σήμερα. Φωτογραφίες της ομάδας Η ομάδα εν ώρα δράσης..
Πάντα πριν την πράξη.. προηγείται λίγη ΘΕΩΡΙΑ!!! Τελειώνοντας την εργασία θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε όλους τους μαθητές που συμμετείχαν στην εργασία αυτή και δεσμευόμαστε ότι και την νέα σχολική χρονιά θα συνεργαστούμε και πάλι για την πραγματοποίηση νέας εργασίας, με ανάλογου ενδιαφέροντος από τους μαθητές αντικείμενο. ΧΑΝΙΑ 16-05-2013 Οι υπεύθυνοι καθηγητές