Υδρογόνο: «Πράσινη» ενέργεια ή καταστροφή της στοιβάδας του όζοντος και επιτάχυνση της κλιματικής αλλαγής;

(της Ευγενίας Μπαλάση)

Στα πλαίσια της κλιματικής αλλαγής η Κυβέρνηση προωθεί την ταχύτατη απολιγνιτοποίηση της χώρας, οδηγώντας την Δυτική Μακεδονία στον οικονομικό μαρασμό και στην αλματώδη αύξηση της ανεργίας.

Σε αντικατάσταση μέρους της εγκατεστημένης ισχύο

ς των λιγνιτικών μονάδων που θα κλείσουν, η ΔΕΗ πρόκειται να προχωρήσει στην κατασκευή διάφορων φωτοβολταϊκών πάρκων συνολικής εγκατεστημένης ισχύος 2GW, ενώ το Υπουργείο Περιβάλλοντος και Ενέργειας προγραμματίζει να χρησιμοποιήσει ένα από αυτά τα προς κατασκευή φωτοβολταϊκά πάρκα της ΔΕΗ , που θα έχει ισχύ 230MW για την παραγωγή υδρογόνου, από κάποια ποσότητα του οποίου θα παράγεται ηλεκτρική ενέργεια, ενώ η υπόλοιπη ποσότητα υδρογόνου θα εγχέεται στο δίκτυο φυσικού αερίου.

Δυστυχώς όμως κατά την παραγωγή και την μεταφορά υδρογόνου σημειώνονται σημαντικές διαρροές υδρογόνου που έχουν επιπτώσεις στην κλιματική αλλαγή και σχηματίζουν εκρηκτικά μίγματα, όπως αναφέρεται αναλυτικά παρακάτω.

Επιπρόσθετα δεν ενδείκνυται η χρησιμοποίηση των υπαρχόντων δικτύων αγωγών φυσικού αερίου για τη μεταφορά υδρογόνου, γιατί οι διαρροές υδρογόνου είναι μεγαλύτερες από εκείνες του φυσικού αερίου όπως επεξηγείται στη συνέχεια. Ακολούθως αναφέρονται και τα προβλήματα που υπάρχουν στην αποθήκευση του υδρογόνου.

• Οι Διαρροές υδρογόνου κατά την παραγωγή και την μεταφορά του προκαλούν σοβαρές επιπτώσεις στην στιβάδα του όζοντος και επιταχύνουν την κλιματική αλλαγή.

Το 2018 παρήχθηκαν παγκοσμίως περισσότερα από 70 εκατομμύρια τόνους υδρογόνου, αξίας περίπου 100 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Το 80% του υδρογόνου που παρήχθηκε χρησιμοποιήθηκε σε τρεις κυρίως βιομηχανίες: Διϋλιστήρια πετρελαίου, παραγωγή αμμωνίας ή επεξεργασία μετάλλων.

Ερευνητές του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας υπολογίζουν ότι περίπου το 10% του συνόλου του υδρογόνου που παράγεται διαρρέει στην ατμόσφαιρα κατά τις φάσεις παραγωγής, μεταφοράς και αποθήκευσης του υδρογόνου. Οπότε το 2018 διέρρευσαν στην ατμόσφαιρα περίπου 6 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου.

Λόγω του παγκόσμιου ενδιαφέροντος που υπάρχει να αντικατασταθούν τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, λιθάνθρακας κλπ) με καύσιμο υδρογόνου, υπάρχει η τάση να κυριαρχήσει μια οικονομία υδρογόνου που θα περιλαμβάνει εγκαταστάσεις παραγωγής υδρογόνου, μεταφορά υδρογόνου μέσα σε δίκτυα σωληνώσεων ή με ειδικά βυτία, κίνηση αυτοκινήτων με κυψέλες υδρογόνου κλπ.

Σε μια τέτοια περίπτωση που όλη η παραγωγή ενέργειας από ορυκτά καύσιμα θα αντικατασταθεί από κυψέλες καυσίμου υδρογόνου, τότε εκτιμάται ότι θα διαρρέουν στην ατμόσφαιρα περίπου 60 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου κάθε χρόνο. Αυτό είναι τέσσερις φορές μεγαλύτερο από την ποσότητα υδρογόνου που απελευθερώνεται σήμερα στην ατμόσφαιρα από την ανθρώπινη δραστηριότητα και θα έχει σαν αποτέλεσμα τον διπλασιασμό ή τον τριπλασιασμό των εισροών στην ατμόσφαιρα από όλες τις φυσικές ή ανθρώπινες πηγές.

Επειδή το μοριακό υδρογόνο κινείται ελεύθερα και αναμιγνύεται με τον στρατοσφαιρικό αέρα, οι προαναφερόμενες διαρροές θα έχουν σαν αποτέλεσμα την δημιουργία πρόσθετου ύδατος, σε μεγάλα υψόμετρα και συνεπώς την αύξηση της υγρασίας της στρατόσφαιρας, όπου βρίσκεται το μεγαλύτερο μέρος του ευεργετικού όζοντος.

Αυτό με τη σειρά του θα οδηγήσει στην ψύξη της χαμηλότερης στρατόσφαιρας. Αυτή η ψύξη θα δημιουργήσει περισσότερα πολικά στρατοσφαιρικά σύννεφα και επομένως θα προκαλέσει καθυστέρηση στην εξασθένιση της πολικής δίνης (polar vortex), η οποία παίζει σημαντικό ρόλο στον σχηματισμό του όζοντος. Η καθυστέρηση αυτή σημαίνει ότι η υπάρχουσα τρύπα του όζοντος θα γίνεται βαθύτερη, μεγαλύτερη και πιο επίμονη.

Από την άποψη αυτή το διαρρέον υδρογόνο θα είναι παρόμοιο με τους χλωροφθοράνθρακες (που ήταν η πρότυπη ουσία που χρησιμοποιήθηκε σε κλιματιστικά και σε ψυκτικές μονάδες), οι οποίοι προορίζονταν να περιέχονται στις συσκευές τους, αλλά που στην πράξη διέρρευσαν στην ατμόσφαιρα και επιτέθηκαν στην στoιβάδα του στρατοσφαιρικού όζοντος.

Επιπρόσθετα βρετανοί επιστήμονες διαπίστωσαν ότι το υδρογόνο είναι ένα έμμεσο αέριο του θερμοκηπίου που πιθανώς προκαλεί παγκόσμια υπερθέρμανση της γης. Οι λόγοι για τους οποίους το διαρρέον υδρογόνο σε μια οικονομία υδρογόνου θα οδηγούσε σε παγκόσμια υπερθέρμανση της γης είναι οι εξής :

• Το υδρογόνο έχει δυναμικό αύξησης της θερμοκρασίας του πλανήτη GWP 5,8 σε χρονικό ορίζοντα 100 ετών, δηλαδή 1 κιλό υδρογόνου ανά έτος συνεισφέρει στην παγκόσμια θέρμανση της γης, όσο 5,8 κιλά ανά έτος διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) σε χρονικό ορίζοντα 100 ετών.
• Το διαρρέον υδρογόνο θα μπορούσε να προκαλέσει στην ατμόσφαιρα χημικές αντιδράσεις, που παρατείνουν την διάρκεια ζωής του μεθανίου στην ατμόσφαιρα. Επισημαίνεται ότι το μεθάνιο είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου, του οποίου οι ετήσιες διαρροές κατά την εξόρυξη και την μεταφορά του ανέρχονται σε τρισεκατομμύρια κυβικά μέτρα ανά έτος και το μεθάνιο είναι 80 φορές πιο ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου από ότι είναι το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂), οπότε επιταχύνει την κλιματική αλλαγή.

• Το υδρογόνο που διαρρέει στην ατμόσφαιρα μπορεί να σχηματίσει εκρηκτικά μίγματα.

Πέρα από τη συνεισφορά στην κλιματική αλλαγή που θα έχει μια οικονομία υδρογόνου, η χρησιμοποίηση του αερίου αυτού επισύρει κάποιους κινδύνους, γιατί το υδρογόνο έχει ένα από τα μεγαλύτερα εύρη εκρηκτικών/ανάφλεξης με αέρα. Αυτό σημαίνει ότι κάθε διαρροή υδρογόνου από ένα μείγμα υδρογόνου/αέρα πιθανότατα θα οδηγήσει σε έκρηξη αν έρθει σε επαφή με σπινθήρα ή φλόγα. Αυτό περιορίζει τη χρήση υδρογόνου, ως καυσίμου ειδικά σε κλειστούς χώρους.

Οι καθαρές φλόγες υδρογόνου-οξυγόνου καίγονται στην περιοχή υπεριώδους ακτινοβολίας και είναι αόρατες, οπότε απαιτείται ανιχνευτής φλόγας για να ανιχνεύσει εάν καίγεται κάποια διαρροή υδρογόνου. Το υδρογόνο είναι επίσης άοσμο, οπότε οι διαρροές του δεν ανιχνεύονται από τη μυρωδιά του.

• Οι διαρροές υδρογόνου κατά την μεταφορά του μέσα σε δίκτυα αγωγών φυσικού αερίου θα είναι μεγαλύτερες από τις διαρροές μεταφοράς αντίστοιχης ποσότητας φυσικού αερίου.

Σύμφωνα με έκθεση του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Αερίων (Gas Technology Institute–GTI) των ΗΠΑ, το υδρογόνο παρουσιάζει μεγαλύτερη κινητικότητα από ότι το μεθάνιο (που είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου) σε πολλά πολυμερή υλικά, συμπεριλαμβανομένων των πλαστικών σωλήνων και των ελαστομερών στεγανοποιητικών που χρησιμοποιούνται σε συστήματα σωληνώσεων διανομής φυσικού αερίου. Ο συντελεστής διάχυσης του υδρογόνου είναι μεγαλύτερος μέσω των περισσότερων ελαστομερών στεγανοποιητικών υλικών από ότι μέσω των πλαστικών υλικών των σωλήνων. Επειδή όμως οι σωλήνες έχουν πολύ μεγαλύτερη επιφάνεια από ότι τα στεγανοποιητικά υλικά (τσιμούχες) για αυτό οι διαρροές υδρογόνου μέσω των τοιχωμάτων των πλαστικών σωλήνων θα ευθύνονται για την μεγαλύτερη ποσότητα διαρροών υδρογόνου που μεταφέρεται μέσα στους εν λόγω σωλήνες. Ο ρυθμός διαρροών του υδρογόνου είναι 4 ως 5 φορές μεγαλύτερος από ότι του μεθανίου (φυσικού αερίου) για τυπικούς πολυμερείς αγωγούς που χρησιμοποιούνται στο σύστημα αγωγών διανομής φυσικού αερίου των ΗΠΑ. Οι διαρροές σε χαλύβδινους ή διηλασμένους σιδερένιους σωλήνες διανομής φυσικού αερίου συμβαίνουν κυρίως μέσω των μηχανικών συνδέσεων των σωλήνων. Σύμφωνα με μετρήσεις που έγιναν από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας αερίων σε τέτοιου τύπου μεταλλικούς σωλήνες διαπιστώθηκε ότι ο ρυθμός διαρροών υδρογόνου είναι περίπου τρεις φορές μεγαλύτερος από ότι εκείνος του φυσικού αερίου.

Οπότε δεν ενδείκνυται να χρησιμοποιηθούν τα υπάρχοντα δίκτυα αγωγών φυσικού αερίου για την μεταφορά υδρογόνου γιατί οι διαρροές του υδρογόνου θα είναι πολύ μεγάλες, άρα θα είναι μεγάλη και η επίπτωσή του στην κλιματική αλλαγή.

Επιπρόσθετα, λόγω της μικρής ενεργειακής πυκνότητάς του κατ’ όγκο, το υδρογόνο μειονεκτεί συγκρινόμενο με άλλα καύσιμα που έχουν μεγαλύτερες ενεργειακές πυκνότητες κατ’ όγκο (π.χ. μεθάνιο ή προπάνιο). Η ενέργεια που απαιτείται για να γίνει η άντληση του υδρογόνου αναφέρεται ότι είναι περίπου 4,6 φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια που χρειάζεται για το μεθάνιο (φυσικό αέριο) σε περιοχές υψηλών πιέσεων. Το συνολικό κόστος της διανομής για ίσο ποσό ενέργειας σε μορφή υδρογόνου εκτιμάται από την International Energy Agency ότι είναι 15 φορές μεγαλύτερη από εκείνη των υγρών υδρογονανθράκων.

Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί υγρό υδρογόνο. Αλλά το υγρό υδρογόνο είναι κρυογονικό και βράζει στους 20^ο Κ, επομένως πρέπει να δαπανηθεί πολλή ενέργεια για να υγροποιηθεί το υδρογόνο.

• Προβλήματα αποθήκευσης υδρογόνου

Η αποθήκευση υδρογόνου στις δεξαμενές είναι αναποτελεσματική επειδή το υδρογόνο τείνει να διαχέεται μέσω οποιοδήποτε υλικού επένδυσης που προορίζεται να το συγκρατήσει, πράγμα που τελικά οδηγεί στην αποδυνάμωση του δοχείου και σε διαρροές υδρογόνου που έχουν επίπτωση στην στοιβάδα του όζοντος και στην κλιματική αλλαγή.

Το υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί ως χημικό υβρίδιο ή σε κάποια άλλη ένωση που περιέχει υδρογόνο. Αυτές οι ενώσεις μπορούν να μεταφερθούν σχετικά εύκολα και στη συνέχεια να αποσυντεθούν σε αέριο υδρογόνο.

Τα τρέχοντα εμπόδια στην πρακτική αποθήκευση οφείλονται στο γεγονός ότι απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες και πίεση για να σχηματιστεί η ένωση και για να απελευθερωθεί το υδρογόνο.

Επιπλέον το υδρογόνο μπορεί να προσροφηθεί πάνω στην επιφάνεια ενός στερεού υλικού αποθήκευσης και στη συνέχεια να απελευθερωθεί όταν είναι απαραίτητο. Αυτή η τεχνολογία εξακολουθεί να διερευνάται.

Αν και η οικονομία υδρογόνου υποτίθεται ότι δημιουργεί μικρότερο αποτύπωμα άνθρακα, υπάρχουν πολλές ανησυχίες σχετικά με τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της παραγωγής, της μεταφοράς και αποθήκευσης υδρογόνου, γιατί οι διαρροές του προκαλούν καταστροφή της στιβάδας του όζοντος και επιταχύνουν την κλιματική αλλαγή.

Για αυτό είναι προτιμότερο να αποφευχθεί η κατασκευή μονάδας παραγωγής υδρογόνου στη Δυτική Μακεδονία.

Επιπρόσθετα η Ευρωπαϊκή Ένωση θα πρέπει να λάβει υπόψη της τις πολύ σοβαρές επιπτώσεις που θα έχει μια οικονομία υδρογόνου στην στοιβάδα του όζοντος και στην κλιματική αλλαγή, πριν αρχίσει να προωθεί την εκτεταμένη παραγωγή, μεταφορά και αποθήκευση υδρογόνου στον ενεργειακό τομέα καθώς και στην κίνηση οχημάτων.

Μπαλάση Ευγενία Διπλ. Μηχανολόγος και Ηλεκτρολόγος Μηχανικός