Oικονομία υδρογόνου, μαθήματα από το παρελθόν

Τα τελευταία χρόνια έχει επικρατήσει ο όρος «οικονομία του υδρογόνου» για το σύνολο των εφαρμογών και τεχνολογικών λύσεων που σχετίζονται με την παραγωγή ενέργειας από την καύση του υδρογόνου. Αυτή η μέθοδος παραγωγής ενέργειας εγγυάται πραγματικά μηδενική παραγωγή ρύπων, αφού μοναδικό προϊόν της καύσης του υδρογόνου είναι το νερό. Ωστόσο το υδρογόνο ως καύσιμο έχει μεγάλη ιστορία στον τεχνολογικό πολιτισμό μας, με σημαντικότερο σταθμό την παραγωγή και διανομή του φωταερίου, το οποίο αποτελείται κατά 50% από υδρογόνο.

Ο σημερινός τεχνολογικός πολιτισμός μας στηρίζεται αποφασιστικά στην παραγωγή ενέργειας και στη διανομή της από το σημείο παραγωγής στο σημείο κατανάλωσης. Ο τρόπος διανομής που έχει επικρατήσει τα τελευταία εκατό χρόνια στηρίζεται στη μετατροπή κάθε είδους ενέργειας σε ηλεκτρική και στην εν συνεχεία διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας μέσω ενσύρματων γραμμών μεταφοράς. Η οικονομία του υδρογόνου πρεσβεύει μιαν άλλη λύση: τη μετατροπή της παραγόμενης ενέργειας σε χημική ενέργεια, αποθηκευμένη σε υδρογόνο, τη μεταφορά του υδρογόνου στον τόπο κατανάλωσης και την παραγωγή επί τόπου των επιθυμητών ποσοτήτων ενέργειας μέσω της καύσης του υδρογόνου.

Η βασική προϋπόθεση της βιομηχανικής παραγωγής οποιουδήποτε προϊόντος, άρα και της ενέργειας, είναι το ανταγωνιστικό κόστος. Στη σύγχρονη εποχή έχει προστεθεί και η ανάγκη προστασίας του περιβάλλοντος και του περιορισμού της ρύπανσης. Στις αρχές του 19ου αιώνα είχε αναπτυχθεί με εξαιρετική επιτυχία ένα πλέγμα βιομηχανιών, που όλες χρησιμοποιούσαν για πρώτη ύλη το φθηνό, εκείνη την εποχή, ορυκτό κάρβουνο. Η θέρμανση του κάρβουνου σε κλειστά δοχεία για αρκετή ώρα, γνωστή ως ξηρά απόσταξη, έχει αποτέλεσμα την παραγωγή ενός αερίου, το οποίο ονομάζεται φωταέριο και είναι περισσότερο γνωστό ως γκάζι. Το αέριο αυτό φιλτραριζόταν, για να απομακρυνθούν διάφορες ακατάλληλες προσμείξεις, και στη συνέχεια διοχετευόταν με σωλήνες στα εργοστάσια, στα νοικοκυριά και στους φανοστάτες των δρόμων, όπου καιγόταν για να προσφέρει θερμότητα και φως.

Το φωταέριο αποτελείται χονδρικά κατά 50% από υδρογόνο, κατά 35% από μεθάνιο, το οποίο τη σημερινή εποχή είναι κυρίως γνωστό ως φυσικό αέριο, και κατά 10% από μονοξείδιο του άνθρακα. Βλέπουμε λοιπόν ότι τα δύο αέρια, η καύση των οποίων μπορεί να αποδώσει ενέργεια χωρίς σημαντική ρύπανση της ατμόσφαιρας, δηλαδή το μεθάνιο και το υδρογόνο, χρησιμοποιούνταν σε μεγάλη έκταση ήδη πριν από 200 χρόνια.

Υπάρχουν όμως δύο σημαντικές διαφορές μεταξύ τής τότε βιομηχανίας φωταερίου και της σημερινής «οικονομίας του υδρογόνου». Η πρώτη είναι ότι τότε ο τρόπος διανομής, με σωληνώσεις από το εργοστάσιο παραγωγής ως το τελικό σημείο κατανάλωσης, περιόριζε την κατανάλωση μόνο σε ακίνητες εγκαταστάσεις, Ο δεύτερος είναι ότι η μέθοδος παραγωγής του υδρογόνου ήταν, ακόμη και για τότε, εξαιρετικά ρυπογόνος, αφού η θερμότητα για την ξηρά απόσταξη του άνθρακα προερχόταν από την καύση της ίδιας της φθηνής πρώτης ύλης, δηλαδή του ορυκτού άνθρακα. Φυσικά υπήρχε ένα πολύ ισχυρό θετικό στοιχείο στην όλη διαδικασία, το οποίο έκανε αυτή τη βιομηχανία τόσο επιτυχημένη, και αυτό ήταν ότι κανένα από τα παραπροϊόντα της παραγωγής του φωταερίου δεν πήγαινε χαμένο. Το στερεό υπόλειμμα της απόσταξης, που λέγεται κοκ, χρησιμοποιούνταν ως καύσιμη ύλη, κυρίως στην παραγωγή χυτοσιδήρου, ενώ οι προσμείξεις που αφαιρούνταν κατά το φιλτράρισμα ήταν πηγή δεκάδων πολύτιμων πρώτων υλών για τη χημική βιομηχανία. Δύο από τις σπουδαιότερες ήταν η αμμωνία, για την παρασκευή λιπασμάτων, και η ανιλίνη, για την παρασκευή χρωμάτων.

Στην Αθήνα, στη Θεσσαλονίκη και σε αρκετές άλλες πόλεις της Ελλάδας είχαν κατασκευαστεί εργοστάσια παραγωγής φωταερίου, και έτσι θα μπορούσε να πει κανείς ότι στην πατρίδα μας, όπως και στις περισσότερες βιομηχανικά ανεπτυγμένες χώρες, είχε αναπτυχθεί ένα είδος οικονομίας του υδρογόνου, προτού καν επινοηθεί αυτός ο όρος! Ειδικά μάλιστα στην Ελλάδα, όπου δεν υπήρχε ποτέ ανεπτυγμένη βιομηχανία παρασκευής σιδήρου, θα έπρεπε να βρεθεί μια χρήση για την κατανάλωση του παραγόμενου κοκ. Ετσι, πέρα από τη χρήση του για παραγωγή ενέργειας στο ίδιο το εργοστάσιο φωταερίου, πουλιόταν για καύση στις σόμπες που θέρμαιναν τα σπίτια πριν από την κυριαρχία της κεντρικής θέρμανσης. Πέρα από αυτά όμως, το κοκ είχε και μια σπουδαία βιομηχανική χρήση: παρήγε επιπλέον υδρογόνο από νερό! Η μέθοδος, που είχε αναπτυχθεί από τον μεγάλο γερμανό εφευρέτη Mond, στηρίζεται σε μια πολύ απλή διαδικασία: στη διαβίβαση υδρατμών πάνω από πυρωμένα κάρβουνα. Το αποτέλεσμα είναι το υδραέριο, που αποτελείται χονδρικά κατά 28% από υδρογόνο και κατά 12% από μονοξείδιο του άνθρακα. Το εργοστάσιο των Αθηνών είχε μονάδες παραγωγής τόσο φωταερίου όσο και υδραερίου, οπότε θα μπορούσε να πει κανείς ότι η Αθήνα είχε την πιο μοντέρνα βιομηχανία παραγωγής υδρογόνου της εποχής.

Φορτηγό γκαζοζέν την εποχή της Κατοχής. Διακρίνεται η διάταξη παραγωγής του αερίου πίσω από το κουβούκλιο του οδηγού

Αξίζει να σημειωθεί ότι, πέρα από τα εργοστάσια φωταερίου, στην Ελλάδα η ξηρά απόσταξη του άνθρακα είχε και μια εφαρμογή που λίγοι πια τη θυμούνται: τα γκαζοζέν. Λόγω της έλλειψης βενζίνης στην Κατοχή, πολλά από τα αυτοκίνητα, κυρίως λεωφορεία, είχαν μετατραπεί έτσι ώστε να χρησιμοποιούν για καύσιμο το αέριο που προερχόταν από την ξηρά απόσταξη καυσοξύλων. Το αέριο αυτό είχε ως κύριο καύσιμο συστατικό το μονοξείδιο του άνθρακα αλλά, αν τα ξύλα ήταν αρκετά υγρά, περιείχε σε μικρή ποσότητα και υδρογόνο. Ετσι, πέρα από την παραγωγή υδρογόνου για χρήση σε σταθερά σημεία κατανάλωσης, είχαμε και την παραγωγή υδρογόνου για την κίνηση οχημάτων, χρήση που αποτελεί σήμερα την κυριότερη εφαρμογή της οικονομίας του υδρογόνου. Τότε βέβαια η παραγωγή του υδρογόνου για την κίνηση οχημάτων γινόταν στη θέση κατανάλωσής του, αφού η αποθήκευσή του εθεωρείτο επικίνδυνη (θυμηθείτε την καταστροφική πυρκαγιά του αερόπλοιου «Χίντενμπουργκ», που ήταν γεμάτο με υδρογόνο).

Σήμερα έχουν εφευρεθεί ασφαλείς μέθοδοι αποθήκευσης και μεταφοράς του υδρογόνου, όπως για παράδειγμα οι ενώσεις του με μέταλλα, οπότε είναι εφικτή η βιομηχανική παραγωγή του σε κατάλληλα εργοστάσια, όπου προφανώς γίνεται με τον πιο αποδοτικό τρόπο, και η εν συνεχεία κατανάλωσή του ως καύσιμης ύλης από τα αυτοκίνητα. Δυστυχώς όμως, ενώ σήμερα έχουν λυθεί τα προβλήματα της αποθήκευσης και της μεταφοράς, που πριν από 100 χρόνια ήταν σημαντικά, δεν υπάρχει οικονομικά συμφέρουσα και ταυτόχρονα φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος για την παραγωγή του υδρογόνου, πρόβλημα που πριν από 100 χρόνια εθεωρείτο λυμένο. Για παράδειγμα, η παραγωγή υδρογόνου από την ηλεκτρόλυση του νερού απαιτεί τόση ενέργεια, όση και η καύση του παραγόμενου υδρογόνου, οπότε παραμένει το πρόβλημα του πώς θα εξασφαλίσουμε την ενέργεια για την ηλεκτρόλυση. Επομένως σήμερα το υδρογόνο είναι περισσότερο μέσο αποθήκευσης και όχι πρωτογενούς παραγωγής ενέργειας, και φαίνεται ότι θα πρέπει να περιμένουμε ακόμη μέχρις ότου η οικονομία του υδρογόνου περάσει από το στάδιο του οραματισμού στο στάδιο της καινοτομίας.