Παρόν και μέλλον της αυτοκίνησης

Αρχή λειτουργίας κυψέλης καυσίμου ανταλλαγής πρωτονίων.

Είναι αλήθεια πως οι εμβολοφόροι θερμικοί κινητήρες που χρησιμοποιούνται στις μεταφορές κατά συντριπτικότατη πλειοψηφία σήμερα είναι ένα αναγκαίο κακό. Είναι θορυβώδεις , ρυπογόνοι , έχουν πενιχρό βαθμό απόδοσης και το έλλειμμα ροπής που τους διακρίνει αναγκάζει τους κατασκευαστές να ενσωματώνουν κιβώτια ταχυτήτων πολύπλοκα και βαριά.


Συν τοις άλλοις είτε μιλούμε για βενζινοκινητήρες είτε για πετρελαιοκινητήρες όλοι καταναλώνουν το ορυκτό πετρέλαιο του οποίου τα γνωστά αποθέματα επαρκούν ακόμα για 40 χρόνια περίπου.



Είναι ενδεικτικό της απόδοσης τους ότι οι μικρών διαστάσεων βενζινοκινητήρες που χρησιμοποιούνται κατά κόρον στα αυτοκίνητα μας έχουν κατά μέσο όρο βαθμό απόδοσης 28%. Οι πιο αποδοτικοί θερμικοί κινητήρες αυτή τη στιγμή είναι οι δίχρονοι ναυτικοί κινητήρες Diesel μετά ισχυρής υπερπληρώσεως που έχουν βαθμό απόδοσης κατά μέσο όρο 45-46% αλλά δεν αφορούν τις επίγειες μεταφορές.


Ποια είναι η εναλλακτική λύση στα ανωτέρω καταδικαστικά δεδομένα που διακρίνουν τους θερμικούς κινητήρες ; Η απάντηση είναι προφανής. Ασφαλώς οι ηλεκτροκινητήρες. Με βαθμό απόδοσης που κατά περίπτωση φτάνει ως και το 95% , υψηλότατη ροπή από μηδενικές στροφές που καθιστούν άχρηστα τα κιβώτια ταχυτήτων τουλάχιστον με τη μορφή που τα ξέρουμε σήμερα , αθόρυβη λειτουργία , ελάχιστα κινούμενα μέρη και χαμηλές ανάγκες για συντήρηση αποτελούν την φυσική εξέλιξη των ειδών. Όμως δεν είναι όλα ρόδινα.



Εδώ είναι το κομμάτι που αρχίζουν τα ανυπέρβλητα προς το παρόν προβλήματα. Πως θα παράξουμε τον απαραίτητο ηλεκτρισμό προκειμένου να τροφοδοτήσουμε τον ηλεκτροκινητήρα που εφοδιάζει το δυνητικό όχημα ; Υπάρχουν 2 τρόποι αυτήν τη στιγμή που χρησιμοποιούνται. Ο πρώτος είναι τεράστιας μάζας ηλεκτρικοί συσσωρευτές που τροφοδοτούν τον ηλεκτροκινητήρα οι οποίοι όταν κάποια στιγμή αδειάσουν θα πρέπει να επαναφορτιστούν και ο δεύτερος και πιο δημοφιλής τρόπος είναι η εφαρμογή που υπάρχει στα υβριδικά οχήματα τα οποία διαθέτουν θερμικό και ηλεκτρικό κινητήρα.

Σε αυτήν την περίπτωση όταν οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές αδειάσουν αναλαμβάνει είτε ο θερμικός κινητήρας να κινήσει το όχημα μέχρι οι συσσωρευτές να επαναφορτιστούν είτε κατά περιπτώσεις ο θερμικός κινητήρας να δρα ως γεννήτρια για την παροχή ηλεκτρισμού. Ακόμα και αυτές οι λύσεις όμως αν και κινούνται προς τη σωστή κατεύθυνση αποτελούν απλά το μεταβατικό στάδιο για την επόμενη μεγάλη επανάσταση που είναι οι κυψέλες καυσίμου.



Εδώ πλέον βρισκόμαστε από πλευράς τεχνολογίας σε εφαρμογές αιχμής. Τι είναι όμως και τι κάνουν αυτές οι κυψέλες καυσίμου ; Οι κυψέλες καυσίμου είναι επιφορτισμένες με ένα και μόνο έργο. Την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος για την τροφοδότηση του ηλεκτροκινητήρα.

Στην πραγματικότητα αυτό που κάνει η κυψέλη καυσίμου είναι μια αντίστροφή ηλεκτρόλυση χρησιμοποιώντας ως αντιδρώντα καύσιμο υδρογόνο και το ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Το υδρογόνο και το οξυγόνο αντιδρούν και ως παράγωγο έχουμε ηλεκτρικό ρεύμα το οποίο τροφοδοτεί τον ηλεκτροκινητήρα ενώ όπως είναι εύκολο διαισθητικά κανείς να αντιληφθεί το ''καυσαέριο'' δεν είναι τίποτα παραπάνω από εξαερωμένο νερό που προκύπτει από την αντίδραση οξυγόνου και υδρογόνου.



Υπάρχει ένα σημαντικό θέμα σε ότι αφορά το υδρογόνο μέχρι στιγμής το οποίο αποτελεί τροχοπέδη για την περαιτέρω εξάπλωση των fuel cells. Εκτός του ότι το δίκτυο ανεφοδιασμού παγκοσμίως είναι σχεδόν ανύπαρκτο το ίδιο το υδρογόνο μέχρι στιγμής το απομονώνουμε από το φυσικό αέριο το οποίο δεν αποτελεί ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και αυτή η διαδικασία εξ' ορισμού είναι ρυπογόνος.

Ο εναλλακτικός τρόπος που έχουμε είναι η ηλεκτρόλυση. Δηλαδή να διαχωρίζουμε το νερό από τα συστατικά του και να εξάγουμε έτσι το υδρογόνο. Αυτή η λύση θα μπορούσε να εφαρμοστεί με εναλλακτικές πηγές ενέργειας αλλά σε περιορισμένη κλίμακα αφενός και με τερατώδες κόστος αφετέρου.



Η τεχνολογία των κυψελών καυσίμου αυτή τη στιγμή βρίσκεται στα σπάργανα ωστόσο στις περισσότερες εφαρμογές που έχουν υλοποιηθεί η κατηγορία ανταλλαγής πρωτονίων με βαθμό απόδοσης περίπου στο 60% είναι η επικρατέστερη,ενώ οι χρησιμοποιούμενοι ηλεκτροκινητήρες είναι μόνιμου μαγνήτη.



Αυτή τη στιγμή παγκοσμίως υπάρχει μόνο ένα αυτοκίνητο παραγωγής που χρησιμοποιεί κυψέλες καυσίμου και καύσιμο υδρογόνο και είναι το HONDA FCX CLARITY. Το αυτοκίνητο αυτό χρησιμοποιεί γενικότερα τεχνολογίες αιχμής στον τομέα της αεροδυναμικής απόδοσης της μετάδοσης και των χρησιμοποιούμενων υλικών εκτός φυσικά από τη μονάδα παραγωγής έργου που ενσωματώνει. Αποδίδει 100kw ισχύος και 256nm ροπής από μηδενικές στροφές μέσω του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη που διαθέτει και αποτελεί μια ματιά στο μέλλον πριν ακόμα αυτό έρθει.




Είναι ξεκάθαρο πως αυτή τη στιγμή βρισκόμαστε σε ένα σταυροδρόμι. Από τη μία έχουμε τους θερμικούς κινητήρες που πλέον είναι σχεδόν στα απόλυτα όρια της εξέλιξης τους. Από την άλλη πλευρά έχουμε την υβριδική τεχνολογία που αποτελεί το μεταβατικό στάδιο και προλειάνει το έδαφος για την ατραπό που θα ακολουθήσουν τα πράγματα που είναι ασφαλώς η ευρεία εξάπλωση των κυψελών καυσίμου.

Σύμφωνα με εκτιμήσεις η δεκαετία 2020-2030 θα είναι η δεκαετία που οι κυψέλες καυσίμου θα γίνουν mainstream και θα αφορούν τους περισσότερους από εμάς. Σε περίπτωση πάντως που η τεχνολογία των συσσωρευτών εξελιχθεί τόσο ώστε η αυτονομία των οχημάτων είναι μεγάλη ίσως τελικά αυτές να μην χρησιμοποιηθούν στις μεταφορές. Το μέλλον θα δείξει. Όπως και να έχει όμως η εποχή που οι μεταφορές δε θα είναι πια ρυπογόνες δεν είναι τόσο μακριά όσο νομίζουμε.