Ερχονται τα αυτοκίνητα υδρογόνου

Η απόφαση της αμερικανικής κυβέρνησης να χρηματοδοτήσει την προσπάθεια μετάβασης από το πετρέλαιο και τη βενζίνη στο υδρογόνο ως καύσιμο για την κίνηση των μεταφορικών μέσων εντυπωσίασε τους πάντες. Πέραν όμως της πολιτικής πτυχής, η είδηση καθαυτή δεν είναι καινούργια, καθώς εδώ και χρόνια διάφοροι ερευνητές και κυρίως μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες πειραματίζονται με το υδρογόνο προσπαθώντας να κατασκευάσουν οχήματα που θα λειτουργούν με αυτό ως καύσιμο. Οσοι παρακολουθούσαν από την τηλεόραση τον Μαραθώνιο στην Ολυμπιάδα του Σίδνεϊ έβλεπαν το ειδικό όχημα που προπορευόταν των αθλητών, χωρίς φυσικά να αντιλαμβάνονται ότι στο εσωτερικό του δεν είχε μηχανή εσωτερικής καύσης αλλά μια μηχανή καύσης υδρογόνου. Οσοι όμως μετείχαν στο Μαραθώνιο διαπίστωναν ότι το εν λόγω όχημα κινούταν αθόρυβα και χωρίς να αποβάλλει επιβλαβή αέρια, παρά λίγους υδρατμούς. Οι ενεργειακές κυψέλες που βρίσκονταν κάτω από το καπό του αυτοκινήτου μετέτρεπαν το υδρογόνο σε ηλεκτρισμό.

Τα πλεονεκτήματα της χρήσης υδρογόνου ως καύσιμο είναι πολύ μεγάλα. Δεν θα υπάρχουν πλέον τα επικίνδυνα καυσαέρια, δεν θα εκπέμπεται διοξείδιο του άνθρακα ­ το οποίο βοηθά εκτός των άλλων στην αύξηση της θερμοκρασίας στον πλανήτη ­ και δεν θα υπάρχουν πλέον προβλήματα λόγω έλλειψης καυσίμων ­ κάτι που θα έχει με τη σειρά του ευεργετικές συνέπειες στην οικονομία αλλά και στην τσέπη των καταναλωτών. Υπάρχουν όμως μερικά ερωτήματα τα οποία υποβάλλουν όσοι ακούν για αυτές τις νέες εξελίξεις:

­ Πού θα βρίσκουμε το υδρογόνο;

­ Πώς θα γίνεται ο ανεφοδιασμός των οχημάτων;

­ Πού θα αποθηκεύεται;

­ Πώς θα αποθηκεύεται ώστε να διασφαλίζεται η μέγιστη δυνατή απόδοση;

­ Είναι ασφαλές;

* Οι δυσκολίες της αποθήκευσης

Το υδρογόνο είναι με διαφορά το πλέον άφθονο χημικό στοιχείο στο Σύμπαν. Παρ’ όλα αυτά, στη Γη ενυπάρχει σε φυσική μορφή μόνο σε χημικές ενώσεις και όχι ως αυτόνομο αέριο. Το νερό και οι βασικές ενώσεις του άνθρακα, του πετρελαίου και του φυσικού αερίου είναι μερικά από τα στοιχεία στα οποία υπάρχει υδρογόνο. Τα ντεπόζιτα των προτεινόμενων εναλλακτικών αυτοκινήτων μπορούν να γεμίζουν με πετρέλαιο ή μεθανόλη και, στη συνέχεια, συστήματα μετατροπής θα παράγουν υδρογόνο για τις ενεργειακές κυψέλες του οχήματος.

Σημαντικό πρόβλημα είναι η αποθήκευση του υδρογόνου, αφού σε κανονικές συνθήκες είναι αέριο και αν δεν αποθηκευτεί με προσοχή και αεροστεγώς ο οδηγός θα αναγκάζεται να ανεφοδιάζεται κάθε λίγα χιλιόμετρα. Η προφανέστερη λύση είναι είτε να συμπιεστεί το υδρογόνο, ως και να υγροποιηθεί. Αυτό βέβαια με τη σειρά του οδηγεί σε άλλα προβλήματα, καθ’ όσον για να επιτευχθεί η συμπίεση ή υγροποίηση αφενός απαιτούνται μεγάλες ποσότητες ενέργειας και αφετέρου τα ντεπόζιτα που διατηρούν το υδρογόνο σε πολύ υψηλά επίπεδα πίεσης ή θερμοκρασίες που αγγίζουν το απόλυτο μηδέν θα κοστίζουν πολύ και θα έχουν μεγάλο βάρος. Τέλος, το υδρογόνο είναι μεν ιδιαίτερα εύφλεκτο, αλλά δεν είναι περισσότερο επικίνδυνο ως καύσιμο από τη βενζίνη ή το φυσικό αέριο.

Αυτό που αξίζει να σημειώσουμε ως σημαντική εξέλιξη για το καλό της τσέπης μας και του περιβάλλοντος από την ανακοίνωση του κ. Μπους είναι ότι ο χρόνος εμφάνισης πρακτικών και οικονομικών λύσεων θα συντμηθεί δραματικά, ως και το μισό από τα ως τώρα υπολογιζόμενα 20 χρόνια επιπλέον έρευνας.

Στη διαδρομή της ανθρωπότητας από το βενζινάδικο στη… βρύση θα υπάρξει ­ είναι σίγουρο ­ χώρος και χρόνος για συζητήσεις και των λοιπών εναλλακτικών λύσεων πηγών ενέργειας που προτείνονται.

* Ο υβριδικός κινητήρας

Αλλωστε, πολλές αυτοκινητοβιομηχανίες προσπαθούν εδώ και καιρό να βρουν λύσεις και πειραματίζονται με διάφορα υλικά και «εναλλακτικά» καύσιμα. Εχουν ήδη κατορθώσει να παρουσιάσουν οχήματα που λειτουργούν με υβριδικός κινητήρα εσωτερικής καύσης και ηλεκτροκινητήρα ή μόνο από ηλεκτροκινητήρα.

Μια ευρωπαϊκή εταιρεία που έχει κάνει σημαντικές προόδους είναι η Volvo. Η σουηδική εταιρεία κατασκευάζει αυτοκίνητα που μπορούν να κινούνται όχι μόνο με βενζίνη, αλλά και με υγραέριο ή φυσικό αέριο. Η νέα σειρά των μοντέλων της, που διαθέτει το σύστημα Bi-Fuel, εξασφαλίζει μικρότερες εκπομπές ρύπων και χαμηλότερο λειτουργικό κόστος απ’ ό,τι τα αντίστοιχα συμβατικά μοντέλα της. Αυτή η δυνατότητα κίνησης θα αρχίσει να εφαρμόζεται στα μοντέλα S80, V70 και S60, που θα εξοπλίζονται με τον πεντακύλινδρο κινητήρα των 2.400 κ.εκ, ο οποίος θα καταναλώνει είτε μεθάνιο (CNG) είτε υγραέριο (LPG). Η βενζίνη θα χρησιμοποιείται κατ’ επιλογή ή ως εφεδρικό καύσιμο όταν τελειώνει το αέριο. Και στις δύο περιπτώσεις, πάντως, είτε χρησιμοποιείται βενζίνη είτε αέριο, η απόδοση του κινητήρα θα φτάνει τους 140 ίππους. Η παραγωγή των αυτοκινήτων που κινούνται με μεθάνιο (CNG) αλλά και των υπόλοιπων εκδόσεων (LPG) ξεκίνησε πριν από λίγους μήνες. Εκτός από την έκδοση των 2.400 κ.εκ. η Volvo έχει ετοιμάσει κινητήρα μικρότερης χωρητικότητας, 1.800 κ.εκ., με τις ίδιες δυνατότητες. Το «μικρό» κινητήριο σύνολο έχει απόδοση 120 ίππους με τη χρήση αερίου και 122 με τη χρήση βενζίνης, ενώ σε χώρες όπως η Γαλλία και το Βέλγιο η απόδοση περιορίζεται, ανεξαρτήτως καυσίμου, στους 116 ίππους. Η έκδοση των 1.800 κ.εκ. θα τοποθετείται στο μικρότερο S40, του οποίου η παραγωγή έχει ήδη αρχίσει. Στόχος της Volvo είναι να πωλήσει αρκετά «διττά» αυτοκίνητα, ώστε να συμβάλλει στην καταπολέμηση του φαινομένου του θερμοκηπίου με τη μείωση εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (CO2), αλλά και άλλων βλαβερών ουσιών.

* Ο «διττός» κινητήρας

Ο «διττός» κινητήρας ανήκει στην τελευταία σειρά κινητήρων της Volvo με χαμηλή εσωτερική τριβή. Σε συνδυασμό επίσης με την εξελιγμένη ηλεκτρονική διαχείριση και τον μεταβλητό χρονισμό των βαλβίδων, προσφέρει χαμηλή κατανάλωση βενζίνης (όταν ο οδηγός έχει επιλέξει αυτό τον τρόπο κίνησης), ενώ, χάρη σε ένα εξελιγμένο σύστημα ψεκασμού αερίου, εξασφαλίζει ακόμη χαμηλότερη έκλυση ρύπων. Οταν χρησιμοποιούν βενζίνη, τα Volvo S80, S60 και V70 καλύπτουν ήδη τις προδιαγραφές ρύπων EU4 που θα ισχύσουν το 2005, ενώ τα S40 και V40 καλύπτουν όσες ισχύουν σήμερα. Στην περίπτωση καύσης μεθανίου, οι επιπτώσεις στο περιβάλλον είναι ακόμη μικρότερες. Αυτό οφείλεται στο ότι το μεθάνιο μπορεί να διαχωριστεί σε δύο κατηγορίες: στους υδρογονάνθρακες με μεθάνιο και στους υδρογονάνθρακες χωρίς μεθάνιο (NHMC). Το μεθάνιο δεν είναι βλαβερός ρύπος, αλλά οι υδρογονάνθρακες χωρίς μεθάνιο ­ NHMC και τα παράγωγα της καύσης τους ­ είναι. Ωστόσο, οι ρύποι που προέρχονται από την καύση LPG ή CNG εμφανίζονται χαμηλότεροι από αυτούς της βενζίνης.

Το μεθάνιο είναι εύφλεκτο καύσιμο που μπορεί να παραχθεί με δύο τρόπους: είτε με την εξόρυξή του με τη μορφή φυσικού αερίου είτε με τη μορφή βιοαερίου από οργανικά υλικά. Με την ιδιότητα του φυσικού αερίου εκλύει κατά την καύση του χαμηλότερους ρύπους απ’ ό,τι η βενζίνη και το πετρέλαιο, ενώ και οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα είναι κατά 20% χαμηλότερες από αυτές της βενζίνης, επειδή ο χημικός του τύπος αποτελείται από ένα άτομο άνθρακα. Η βενζίνη, αντίθετα, είναι μείγμα επτανίου-οκτανίου ­ που αποτελούνται από επτά και οκτώ άτομα άνθρακα αντίστοιχα ­, άρα χρειάζεται περισσότερο οξυγόνο για την καύση της, με αντίστοιχα μεγαλύτερη έκλυση διοξειδίου του άνθρακα. Από την άλλη πλευρά, η χρήση του βιοαερίου δεν παράγει επιπλέον ρύπους, αφού είναι ήδη μέρος του οικοσυστήματος. Το φυσικό αέριο ως καύσιμη ύλη είναι διαθέσιμο στις περισσότερες ευρωπαϊκές χώρες, σε περίπου 500 σταθμούς ανεφοδιασμού. Ο αριθμός αυτός συνεχώς αυξάνεται, ειδικά σε χώρες όπως η Ελβετία, η Γερμανία, η Σουηδία και η Ιταλία. Το βιοαέριο, προς το παρόν, παράγεται σε μικρή κλίμακα, αλλά το ενδιαφέρον για αυτό όλο και μεγαλώνει. Στο Goeteborg, τη «γενέτειρα» της Volvo, υπάρχει ένα άριστο παράδειγμα για το πώς το βιοαέριο παράγεται από απορρίμματα και προστίθεται στο ήδη υπάρχον δίκτυο CNG.

* Το μείγμα αερίων

Το LPG (Liquid Petroleum Gas) είναι μείγμα δύο αερίων, προπανίου και βουτανίου, με τρία και τέσσερα άτομα άνθρακα αντίστοιχα. Μπορεί να παραχθεί με δύο διαφορετικούς τρόπους, δηλαδή είτε με την άντληση πετρελαίου είτε ως προϊόν διύλισης του αργού πετρελαίου. Το LPG είναι παρόμοιο με το φυσικό αέριο όσον αφορά τους ρύπους, όντας και αυτό πιο «καθαρό» από τη βενζίνη και το πετρέλαιο. Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα είναι κατά 10% χαμηλότερες από αυτές της βενζίνης. Το LPG είναι διαθέσιμο σε 3.000 σταθμούς ανεφοδιασμού στην Ευρώπη, με τους περισσότερους από αυτούς να βρίσκονται σε χώρες όπως η Ολλανδία, η Βρετανία, η Ιταλία, το Βέλγιο και η Γαλλία. Και σε αυτή την περίπτωση οι σταθμοί ανεφοδιασμού αυξάνονται με γεωμετρική πρόοδο, ειδικά στη Βρετανία, λόγω της κυβερνητικής πολιτικής που ακολουθείται στο συγκεκριμένο θέμα.


Φυσικό αέριο και φύγαμε…

Η Opel παρουσίασε μια έκδοση του πολυμορφικού Zafira που κινείται μονίμως με CNG (Compressed Natural Gas ­ συμπιεσμένο φυσικό αέριο), αλλά για την περίπτωση που εξαντληθεί το αέριο υπάρχει εφεδρική δεξαμενή βενζίνης, χωρητικότητας 14 λίτρων, που δίνει αυτονομία περίπου 150 χλμ. Το Zafira CNG θεωρείται όχημα μονού καυσίμου (Mono-Fuel), σε αντίθεση με τα αντίστοιχα μοντέλα Bi-Fuel της Volvo. Το Zafira όμως είναι το μοναδικό τέτοιο όχημα που μπορεί να κινείται και με βενζίνη σε περίπτωση ανάγκης. Ο κινητήρας CNG της Opel βασίζεται στον βενζινοκινητήρα των 1.600 κ.εκ. που χρησιμοποιείται και στις απλές εκδόσεις. Εχει υποστεί βέβαια τις απαραίτητες μετατροπές προκειμένου να μπορεί να χρησιμοποιεί ως καύσιμο το φυσικό αέριο. Η κύρια καινοτομία του είναι ότι εφοδιάζεται με δύο σειρές εγχυτήρων, οκτώ συνολικά, τέσσερις για το αέριο και τέσσερις για τη βενζίνη. Σε αντίθεση, στα μοντέλα Bi-Fuel της Volvo οι εγχυτήρες είναι κοινοί και για τους δύο τύπους καυσίμου. Με αυτόν τον τρόπο δεν υπάρχει περίπτωση ανάμειξης των δύο καυσίμων, με αντίκτυπο στην απόδοση του κινητήρα και στις εκπομπές ρύπων. Αλλες τροποποιήσεις αφορούν τις βαλβίδες, τους οδηγούς τους, τις έδρες τους και φυσικά ολόκληρο το σύστημα ψεκασμού. Η πίεση ψεκασμού του αερίου έχει αυξηθεί στα 8 bar, σε σχέση με την πίεση ψεκασμού της βενζίνης, ενώ αυξημένη είναι και η συμπίεση με λόγο 12,5: 1. Αυτό επιτεύχθηκε με ειδικά σχεδιασμένα έμβολα, ενώ, λόγω του υψηλών οκτανίων του αερίου ­ φτάνουν ως και τα 130 ­ δεν εμφανίζονται φαινόμενα προανάφλεξης (τα γνωστά και ενοχλητικά πειράκια). Η απόδοση του κινητήρα των 1.600 κ.εκ. όταν κινείται με αέριο είναι εφάμιλλη με εκείνη του βενζινοκινητήρα, με ισχύ 100 ίππους στις 5.800 σ.α.λ. και μέγιστη ροπή 150 Nm στις 3.800 σ.α.λ. Η μόνη διαφορά στους αριθμούς σε σχέση με τον βενζινοκινητήρα έγκειται στις στροφές στις οποίες αποδίδονται η μέγιστη ροπή και ισχύς. Οι τιμές του βενζινοκινητήρα είναι 100 ίπποι στις 6.000 σ.α.λ. και 150 Nm στις 3.600 σ.α.λ. Αξίζει να σημειωθεί ότι το Zafira CNG έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να λειτουργεί με τη βέλτιστη απόδοση χρησιμοποιώντας αέριο, ενώ όταν επιλεχθεί ως καύσιμο η βενζίνη η απόδοση του κινητήρα μειώνεται στους 80 ίππους.