Κλιματική Αλλαγή και Πράσινη Ενέργεια: Τα Καλά Νέα;

Πρώτη καταχώρηση: Πέμπτη, 3 Σεπτεμβρίου 2020, 12:00
Κλιματική Αλλαγή και Πράσινη Ενέργεια: Τα Καλά Νέα;

Μέσα στον καταιγισμό καταθλιπτικών -κατά κανόνα- ειδήσεων για την εξάπλωση της πανδημίας, ξεχωρίζουν δύο ειδήσεις που σχετίζονται με την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής και επιτρέπουν, περιορισμένα έστω, περιθώρια αισιοδοξίας.

Υδρογόνο: Το Καύσιμο του Μέλλοντος;

Η πρώτη είδηση, που εντοπίσαμε στο BBC, αναφέρεται στη χρήση υδρογόνου στα μέσα μεταφοράς και όχι μόνο. Ο εκσκαφέας της παραπάνω φωτογραφίας είναι ο τελευταίος μιας γενιάς οχημάτων που τροφοδοτούνται από το ελαφρύτερο στοιχείο της Γης. Η λίστα των οχημάτων που κινούνται με υδρογόνο εκτείνεται από εκσκαφείς σε μικροταξί, φορτηγά, σκάφη, μονώροφα και τώρα διώροφα λεωφορεία - και ακόμη και μικρά αεροπλάνα.

Λειτουργεί με αντίδραση υδρογόνου με οξυγόνο σε μια κυψέλη καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η μόνη άμεση εκπομπή είναι νερό.

Είναι επιτέλους η πολυαναμενόμενη επανάσταση του υδρογόνου εδώ;

Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, οι υποστηρικτές του υδρογόνου πίστευαν ότι θα κυριαρχήσει στην καθαρή αγορά αυτοκινήτων. Αλλά η υπόσχεση «αυτοκινητόδρομος υδρογόνου» δεν υλοποιήθηκε ποτέ για δύο κρίσιμους λόγους. Πρώτον, η τροφοδοσία των οχημάτων με υδρογόνο χρειαζόταν μια νέα υποδομή, ενώ τα ανταγωνιστικά αυτοκίνητα μπαταριών μπορούσαν να φορτιστούν από το σχεδόν πανταχού παρόν ηλεκτρικό δίκτυο. Δεύτερον, οι μπαταρίες υψηλής ισχύος εκείνη την εποχή ήταν ήδη πολύ προηγμένες για άλλες χρήσεις όπως υπολογιστές, αλλά η τεχνολογία του υδρογόνου δεν ήταν. Έτσι το υδρογόνο έχασε τη μάχη του αυτοκινήτου, Τώρα, όμως, επανήλθε στο πλαίσιο του κύκλου εργασιών μεταφοράς, βιομηχανίας και θέρμανσης, που δυσκολεύονται να εκπληρώσουν οι μπαταρίες. Το ζήτημα της υποδομής τροφοδοσίας εξακολουθεί να υφίσταται - αλλά μπορεί να λυθεί με την τοποθέτηση αντλιών υδρογόνου σε αυτοκινητόδρομους.

Το υπάρχον δίκτυο θα μπορούσε να τροφοδοτήσει υβριδικές μπαταρίες και αυτοκίνητα υδρογόνου του μέλλοντος και να απαλλαγεί από την ανάγκη για βαρύτερες μπαταρίες σε plug-in αυτοκίνητα. Οι προηγούμενοι φόβοι για έκρηξη δεξαμενών υδρογόνου αντιμετωπίστηκαν με τη δημιουργία δεξαμενών που είναι επενδεδυμένες με Kevlar και μηχανισμούς απελευθέρωσης υδρογόνου σε περίπτωση που χτυπηθεί η δεξαμενή. Αυτές οι δεξαμενές θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία λεωφορείων.

Τα αεροδρόμια θα μπορούσαν επίσης να αποθηκεύσουν υδρογόνο και η πρώτη δοκιμαστική πτήση ενός ηλεκτρικού αεροπλάνου στο Ηνωμένο Βασίλειο στο Πανεπιστήμιο Cranfield τροφοδοτήθηκε πρόσφατα από μια κυψέλη καυσίμου. Η Γερμανία θα επενδύσει 7 δισ. ευρώ σε μια προσπάθεια να κυριαρχήσει στην αγορά υδρογόνου. Η Επιτροπή της ΕΕ θέλει επίσης ένα κομμάτι της πίτας και ο ιστότοπος Euractiv ανέφερε ότι σκοπεύει να δημοσιεύσει σύντομα μια στρατηγική υδρογόνου. Ένα σχέδιο της Επιτροπής που διέρρευσε υποστηρίζει την ιδέα να γίνει το ευρώ το νόμισμα για τις διεθνείς συναλλαγές υδρογόνου, όπως το δολάριο ΗΠΑ είναι για το πετρέλαιο. Η κυβέρνηση του Ηνωμένου Βασιλείου σκοπεύει επίσης να ανακοινώσει σύντομα μια στρατηγική για το υδρογόνο, στο πλαίσιο του πακέτου οικονομικής ανάκαμψης. Συμβούλευσε μάλιστα την Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή να ξεκινήσει δοκιμές μεγάλης κλίμακας στις αρχές του έτους. Πράγματι, εντός εβδομάδων από τώρα, το πρώτο τρένο υδρογόνου της Βρετανίας -που αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο του Birmingham- θα δοκιμαστεί σε κανονικές ράγες.

Επί του παρόντος, σχεδόν όλο το υδρογόνο που διατίθεται στο Ηνωμένο Βασίλειο, παράγεται μέσω διαχωρισμού του από το φυσικό αέριο. Αυτή όμως είναι μια δαπανηρή διαδικασία που παράγει ανεπιθύμητες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα (CO2). Το πρόβλημα μπορεί να αντιμετωπιστεί με τη δέσμευση του CO2 σε έναν κόμβο παραγωγής υδρογόνου και, στη συνέχεια, ενταφιασμού του, αλλά αυτό θα αυξήσει περαιτέρω το κόστος. Η εναλλακτική λύση είναι εγγενώς καθαρή - αλλά πολύ ακριβή. Συνεπάγεται τη χρήση πλεονάζουσας ηλεκτρικής ενέργειας, που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως ανεμογεννήτριες ή φωτοβολταϊκά τόξα, για τον διαχωρισμό του υδρογόνου από το νερό με τη χρήση κυψελών καυσίμου.

Οι υποστηρικτές του υδρογόνου πιστεύουν ότι το μελλοντικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας θα παράγει τόσο φθηνή ισχύ εκτός αιχμής που θα χρειαστεί να βρεθούν άλλες χρήσεις για αυτήν. Έτσι ελπίζουν να δουν το κόστος των κυψελών καυσίμου να πέφτει.

Επιπρόσθετα, είναι πλέον ευρέως αποδεκτό ότι τα οικιακά συστήματα θέρμανσης χαμηλών εκπομπών CO2, θα χρειαστούν ώθηση από μια επιπρόσθετη πηγή - και αυτό μοιάζει όλο και περισσότερο πιθανό να υλοποιηθεί, με χρήση υδρογόνου. Οι δοκιμές βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη, με χρήση υδρογόνου αναμεμειγμένου με φυσικό αέριο, στο Πανεπιστήμιο του Keele.

Σε μια παράλληλη εξέλιξη, η Microsoft χρησιμοποίησε με επιτυχία την τεχνολογία υδρογόνου για να τροφοδοτήσει μια σειρά από διακομιστές του κέντρου δεδομένων της, για δύο συνεχόμενες ημέρες. Μια δοκιμαστική διαδρομή που έχει σχεδιαστεί να οδηγήσει σύντομα στην οριστική διακοπή χρήσης καυσίμων υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, προκειμένου να πετύχει το στόχο μηδενικής εκπομπής CO2 έως το 2030.Ο Mark Monroe, βασικός μηχανικός υποδομής στην ομάδα της Microsoft για προηγμένη ανάπτυξη κέντρου δεδομένων, ισχυρίστηκε ότι η πιλοτική δοκιμαστική ανάλυση, σηματοδότησε μια σειρά απο παγκόσμιες πρωτιές. «Είναι το μεγαλύτερο σύστημα εφεδρικής ισχύος υπολογιστή που γνωρίζουμε ότι λειτουργεί με υδρογόνο και έχει εκτελέσει τη μεγαλύτερη συνεχή δοκιμή», είπε. «Βλέπουμε την Microsoft ως καταλύτη σε όλη αυτή την οικονομία υδρογόνου». Η επιτυχημένη δοκιμαστική πορεία ανακοινώθηκε καθώς η Microsoft αποκάλυψε ότι είναι μία από τις πολλές εταιρείες που θα συμμετάσχουν συντομα στο Συμβούλιο Υδρογόνου, ένα συνασπισμό κορυφαίων εταιρειών ενέργειας, μεταφορών και βιομηχανίας με στόχο την τόνωση της οικονομίας υδρογόνου.

Καθώς το υδρογόνο έχει αυξήσει την πολιτική και επιχειρηματική ατζέντα τα τελευταία τρία χρόνια, το Συμβούλιο Υδρογόνου έχει αυξηθεί από 13 σε 90 μέλη.Ο Benoit Potier, συμπρόεδρος του συμβουλίου υδρογόνου και πρόεδρος και διευθύνων σύμβουλος της γαλλικής εταιρείας αερίου Air Liquide, δήλωσε ότι η εισροή νέων μελών ήταν απόδειξη μιας αυξανόμενης αναγνώρισης μεταξύ των επιχειρήσεων, της ανάγκης ενίσχυσης των τεχνολογιών καθαρής ενέργειας, ιδίως του υδρογόνου, στο μετά την πανδημία ενεργειακό τοπίο. «Οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής, οι επιχειρήσεις και οι επενδυτές σε όλο τον κόσμο εργάζονται για να ανακάμψουν από τις οικονομικές και κοινωνικές συνέπειες της πανδημίας. Το υδρογόνο αναγνωρίζεται όλο και περισσότερο ως απαραίτητο κομμάτι του παζλ», πρόσθεσε ο Potier. «Τα προσφάτως ανακοινωθέντα σχέδια της ΕΕ, της Γερμανίας και της Κορέας για το υδρογόνο είναι από τα πρωταρχικά παραδείγματα αυτής της δυναμικής και ελπίζουμε ότι άλλες χώρες θα ενταχθούν σύντομα».

Ένα νέο σχέδιο ενεργειακού νόμου που προωθήθηκε πρόσφατα στην Κίνα, κατατάσσει το υδρογόνο ως ενεργειακό καύσιμο για πρώτη φορά. Προηγουμένως είχε αντιμετωπιστεί ως επικίνδυνο χημικό προϊόν, το οποίο υπόκειται σε κανονισμούς που περιόριζαν τη χρήση του σε εφαρμογές ενέργειας. Η ενεργειακή στρατηγική της κυβέρνησης για το 2020 δίνει έμφαση στην ενεργειακή ασφάλεια και καλεί σε ανάπτυξη νέων τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένης της ενέργειας υδρογόνου. Σε αντίθεση με τις ΗΠΑ, την Ιαπωνία και τη Νότια Κορέα όπου τα περισσότερα οχήματα κυψελών καυσίμου είναι επιβατικά αυτοκίνητα, στην Κίνα χρησιμοποιούνται κυρίως σε εμπορικά οχήματα. Σύμφωνα με μια πρόσφατη έρευνα της HSBC, το υδρογόνο περιέχει περισσότερο από τρεις φορές την ενέργεια ανά μονάδα μάζας από μια μπαταρία ιόντων λιθίου, καθιστώντας την ιδιαίτερα κατάλληλη για χρήση σε εμπορικά οχήματα και λεωφορεία.

Νωρίτερα αυτό το μήνα, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή παρουσίασε μια στρατηγική υδρογόνου η οποία σκιαγραφεί τα σχέδια αύξησης του ευρωπαϊκού πράσινου υδρογόνου σε 1 εκατομμύριο τόνους έως το 2024 και 10 εκατομμύρια τόνους έως το 2030. Θα δημιουργήσει επίσης μηχανισμούς χρηματοδότησης του σχεδίου και καθιερώνει μια «Συμμαχία Καθαρού Υδρογόνου» που είναι επιφορτισμένη με τον εντοπισμό έργων για  χρηματοδότηση από την ΕΕ.

Πυρηνική Σύντηξη: Ενέργεια Εμπνευσμένη από τον Ήλιο

Η δεύτερη είδηση, που αναφέρθηκε από μεγάλα διεθνή μέσα ενημέρωσης, αφορά στην έναρξη κατασκευής πειραματικού πυρηνικού αντιδραστήρα σύντηξης ατόμων, στη Νότια Γαλλία, με στόχο την παραγωγή καθαρής ενέργειας. Το τεράστιο αυτό έργο - το μεγαλύτερο επιστημονικό έργο στην Ιστορία της ανθρωπότητας - αποτελεί προϊόν συνεργασίας 35 χώρων (ΗΠΑ,ΕΕ, Ην. Βασίλειο, Ιαπωνία, Ινδία, Ρωσία, Νότια Κορέα, Ελβετία).

Σε αντίθεση με τους υπάρχοντες αντιδραστήρες σχάσης (fission) που παράγουν ενέργεια διασπωντας άτομα, ο Διεθνής Θερμοπυρηνικός Πειραματικός Αντιδραστήρας (ITER), που ξεκίνησε το 2006, θα παράγει ενέργεια από σύντηξη (fusion) ατόμων σε θερμοκρασία 150 εκατ. βαθμών Κελσίου, σε μια διαδικασία παρόμοια με την πυρηνική σύντηξη που ευθύνεται για την παραγωγή ενέργειας του Ήλιου. Η δοκιμαστική λειτουργία του αντιδραστήρα προβλέπεται να πραγματοποιηθεί το 2025.

Οι εργασίες κατασκευής του σταθμού στη Νότια Γαλλία περιλαμβάνουν τη συναρμολόγηση γιγαντιαίων εξαρτημάτων  που έχουν κατασκευαστεί στις επιμέρους συμμετέχουσες χώρες, μέλη της κοινοπραξίας. Μεταξύ των εξαρτημάτων που συναρμολογούνται είναι ο κρυοστάτης διαμέτρου 30 μέτρων, που κατασκευάζεται από την Ινδία, ο οποίος περιβάλλει τον αντιδραστήρα και τον διατηρεί στην εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία που απαιτείται (-269 C). Θα χρησιμοποιηθούν σχεδόν τρεις χιλιάδες τόνοι υπεραγώγιμων μαγνητών. Ένας από τους αυτούς τους ηλεκτρομαγνήτες, που ονομάζεται κεντρική ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα και κατασκευάζεται στις ΗΠΑ, θα έχει τη μαγνητική ισχύ για την ανύψωση ενός αεροπλανοφόρου.

Τους τελευταίους μήνες άρχισαν να φτάνουν στη Γαλλία τεράστια εξαρτήματα - βάρους εκατοντάδων τόνων το καθένα. Όπως προαναφέρθηκε, η παραγωγή τους έγινε στα κράτη μέλη της κοινοπραξίας ITER, τα οποία συμβάλλουν στο έργο κυρίως σε είδος, με την κατασκευή εξαρτημάτων σε εθνικά εργοστάσια και εργαστήρια πριν από την αποστολή τους στη Γαλλία για συναρμολόγηση.«Η ολοκλήρωση του  μηχανήματος κομμάτι-κομμάτι μοιάζει με την συναρμολόγηση ενός τρισδιάστατου παζλ σε ένα απαιτητικό χρονοδιάγραμμα», είπε ο επικεφαλής του ITER Bernard Bigot. «Έχουμε ένα περίπλοκο σενάριο που θα ακολουθήσουμε τα επόμενα χρόνια». Η συναρμολόγηση του μηχανήματος ITER θα διαρκέσει 4,5 χρόνια.

Ο Γάλλος πρόεδρος Emmanuel Macron και ηγέτες από την Ευρωπαϊκή Ένωση, την Κίνα, την Ινδία, την Ιαπωνία, την Κορέα, τη Ρωσία και τις Ηνωμένες Πολιτείες χαιρέτισαν το ξεκίνημα μιας νέας ενεργειακής εποχής με την επίσημη έναρξη της συναρμολόγησης της μεγαλύτερης συσκευής σύντηξης στον κόσμο, του ITER. Ο πρωθυπουργός της Ιαπωνίας Shinzo Abe,δήλωσε: «Πιστεύω ότι η νέα καινοτομία θα διαδραματίσει βασικό ρόλο στην αντιμετώπιση παγκόσμιων ζητημάτων, συμπεριλαμβανομένης της αλλαγής του κλίματος και της υλοποίησης μιας βιώσιμης κοινωνίας χωρίς άνθρακα».

Αποδεικνύεται έτσι, η προθυμία των 35 χωρών-εταίρων να συνεργαστούν με έναν διαρκή τρόπο στον κοινό αγώνα ενάντια στην κλιματική αλλαγή. Αυτά τα έθνη, που αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 50 % του παγκόσμιου πληθυσμού και περισσότερο από το 80 % του παγκόσμιου ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος, έχουν συγκεντρώσει την τεράστια τεχνογνωσία και τους πόρους  για να κατασκευάσουν την πρώτη βιομηχανική ερευνητική συσκευή σύντηξης.

Η σύντηξη παρέχει καθαρή, αξιόπιστη ενέργεια χωρίς εκπομπές άνθρακα. Είναι ασφαλής , με ελάχιστες ποσότητες καυσίμου και χωρίς την παραμικρή πιθανότητα πυρηνικού ατυχήματος σε περίπτωση κατάρρευσης.

Τι είναι όμως η σύντηξη, και πως λειτουργεί;

Η διαδικασία υπερθέρμανσης του υλικού γίνεται μέσα σε τεράστιο θάλαμο κενού, σχήματος ντόνατ που ονομάζεται Tokamak. Όταν ολοκληρωθεί, το Tokamak θα αποτελείται από περισσότερα από 1 εκατομμύριο εξαρτήματα. Εκατομμύρια επιπρόσθετα εξαρτήματα θα χρησιμοποιηθούν για τη συναρμολόγηση του γιγαντιαίου αντιδραστήρα, ο οποίος θα ζυγίζει 23.000 τόνους. Σχεδόν 3.000 τόνοι υπεραγωγών μαγνητών, μερικοί βαρύτεροι από ένα τζάμπο τζετ, θα συνδεθούν με 200 χιλιόμετρα υπεραγώγιμων καλωδίων, όλα διατηρημένα στους -269C από το μεγαλύτερο κρυογονικό εργοστάσιο στον κόσμο.

Η διαδικασία που ακολουθείται έχει ως εξής: Μερικά γραμμάρια  αερίου δευτερίου και τριτίου (υδρογόνο), εγχύονται στον θάλαμο του Tokamak. Το υδρογόνο υπερθερμαίνεται έως ότου γίνει ένα ιονισμένο πλάσμα που μοιάζει με σύννεφο. Το ιονισμένο πλάσμα διαμορφώνεται και ελέγχεται από 10.000 τόνους υπεραγωγών μαγνητών. Η πυρηνική σύντηξη λαμβάνει χώρα όταν το πλάσμα φτάσει τους 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου - θερμοκρασία δέκα φορές υψηλότερη από ότι στον πυρήνα του Ήλιου. Στην αντίδραση σύντηξης, μια μικρή ποσότητα μάζας μετατρέπεται σε τεράστια ποσότητα ενέργειας. Τα εξαιρετικά υψηλής ενέργειας νετρόνια που παράγονται από τη σύντηξη ξεφεύγουν από τον μαγνητικό κλωβό και μεταδίδουν ενέργεια ως θερμότητα. Το νερό που κυκλοφορεί στα τοιχώματα του Tokamak απορροφά τη θερμότητα και παράγει ατμό. Ο ατμός χρησιμοποιείται από ατμοστρόβιλο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Εκατοντάδες Tokamaks έχουν κατασκευαστεί, αλλά ο ITER θα είναι ο πρώτος που θα επιτύχει την υπερθέρμανση του πλάσματος. Το καύσιμο σύντηξης βρίσκεται στο θαλασσινό νερό και το λίθιο. Είναι αρκετά άφθονο για την τροφοδότηση της ανθρωπότητας για εκατομμύρια χρόνια. Μια ποσότητα αυτού του καυσίμου μεγέθους ανανά αντιστοιχεί σε 10.000 τόνους άνθρακα.

Το κόστος κατασκευής και λειτουργίας μιας μονάδας σύντηξης αναμένεται να είναι παρόμοιο με το κόστος μιας μονάδας πυρηνικής σχάσης, αλλά χωρίς το μεγάλο κόστος και τη μακροπρόθεσμη κληρονομιά της διάθεσης αποβλήτων. Όταν ολοκληρωθεί το ITER, αναμένεται να αποδείξει ότι η ισχύς σύντηξης μπορεί να παραχθεί βιώσιμα σε εμπορική κλίμακα.

Η μονάδα ITER θα παράγει περίπου 500 μεγαβάτ θερμικής ισχύος. Εάν λειτουργεί συνεχώς και συνδέεται με το ηλεκτρικό δίκτυο, αυτό θα μεταφράζεται σε περίπου 200 μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας, αρκετής  για την εξυπηρέτηση περίπου 200.000 σπιτιών.. Μια εμπορική μονάδα σύντηξης θα σχεδιαστεί με έναν ελαφρώς μεγαλύτερο θάλαμο πλάσματος, για 10-15 φορές περισσότερη ηλεκτρική ισχύ. Για παράδειγμα, ένας σταθμός παραγωγής ενέργειας σύντηξης 2.000 μεγαβάτ, θα παρέχει ηλεκτρική ενέργεια για 2 εκατομμύρια σπίτια.

Θα έκανε η σύντηξη τη διαφορά στην ποσότητα CO2 που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα; Οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σύντηξης δεν περιέχουν άνθρακα και δεν απελευθερώνουν CO2. Αλλά το όφελος της σύντηξης για την καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής εξαρτάται από το πόσο γρήγορα θα εγκατασταθούν αυτές οι μονάδες. Περισσότερο από το 70% των εκπομπών άνθρακα προέρχονται από τη χρήση ενέργειας. και περισσότερο από το 80 % της κατανάλωσης ενέργειας προέρχεται από ορυκτά καύσιμα. «Εάν η ισχύς σύντηξης γίνει καθολική και συνδυαστεί με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούσε να επεκταθεί σε μεγάλο βαθμό, προκειμένου να μειωθούν οι εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου από τις μεταφορές, την κατασκευή και λειτουργία των κτιρίων και τη βιομηχανία», προβλέπει ο Dr. Bigot.«Η καθιέρωση της αποκλειστικής χρήσης καθαρής ενέργειας θα είναι ένα θαύμα για τον πλανήτη μας».

Διαβάζοντας τα παραπάνω, διαπιστώνει κανείς ότι επιτέλους, έστω και εν μέσω μιας πανδημίας, υπάρχει πρόσφορο έδαφος για παγκόσμια συνεργασία που θα δώσει απαντήσεις σε φλέγοντα (και παραμελημένα) ζητήματα που σχετίζονται με το μέλλον του πλανήτη.

Τελευταία ενημέρωση: Πέμπτη, 3 Σεπτεμβρίου 2020, 14:56