Σε μια δεκαετία περίπου, αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες αυτοκινήτων, τα οποία θα χρησιμοποιούν εναλλακτικές μορφές καυσίμου, θα κυκλοφορούν στους δρόμους όλου του κόσμου. Αυτό τουλάχιστον υποστηρίζουν οι μεγαλύτερες αυτοκινητοβιομηχανίες του πλανήτη, οι οποίες επενδύουν πλέον σημαντικά ποσά στην έρευνα και στην ανάπτυξη εναλλακτικών πηγών ενέργειας.
Ο όρος «fuel cells», ο οποίος στα ελληνικά μπορεί να αποδοθεί ως «στήλες καυσίμου», ακούγεται όλο και συχνότερα και πολλές εταιρείες παρουσιάζουν τώρα τις δικές τους προτάσεις, θέτοντας σε αμφισβήτηση το μέλλον των κινητήρων εσωτερικής καύσης.
Αξίζει τον κόπο να δούμε τον τρόπο λειτουργίας των fuel cells, καθώς για τον περισσότερο κόσμο αποτελεί μια εντελώς άγνωστη διαδικασία. Αν και η ιδέα είναι σχετικά απλή, σίγουρα χρειάζεται εξειδικευμένη γνώση για να κατανοήσει κανείς τη λειτουργία τους. Τα πάντα στηρίζονται σε μια ηλεκτροχημική αντίδραση, μέσω της οποίας η χημική ενέργεια των καυσίμων μετατρέπεται σε ηλεκτρική και χρησιμοποιείται ως πηγή για την τροφοδοσία ενός ηλεκτροκινητήρα. Το σύστημα χονδρικά απαρτίζεται από τέσσερα μέρη.
Ένα ρεζερβουάρ για τη μεθανόλη ή όποιο άλλο καύσιμο χρησιμοποιείται, μια συσκευή για την παραγωγή του υδρογόνου από το καύσιμο, το fuel cell και τέλος, τον ηλεκτροκινητήρα.
Το fuel cell αποτελείται από ηλεκτρολυτικές μεμβράνες, με θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια. Το υδρογόνο εισάγεται στην αρνητικά φορτισμένη περιοχή και ο αέρας στη θετικά φορτισμένη. Ένας καταλύτης στο αρνητικό ηλεκτρόδιο ιονίζει το υδρογόνο και τα αρνητικά ιόντα που απελευθερώνονται από τον ιονισμό έλκονται από το θετικό ηλεκτρόδιο. Εν τούτοις, δεν μπορούν να περάσουν από τη μεμβράνη. Αντίθετα, περνάνε μέσα από ένα εξωτερικό κύκλωμα, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα το οποίο τροφοδοτεί τον ηλεκτροκινητήρα.
Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στη συνέχεια, ενώνονται με τα ιόντα του υδρογόνου, που αντιδρούν με το οξυγόνο του αέρα σχηματίζοντας νερό, το οποίο απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα με τη μορφή υδρατμών.
Κινητήρες υδρογόνου
Δεσπόζουσα θέση στους κινητήρες νέας τεχνολογίας κατέχουν λοιπόν οι κινητήρες υδρογόνου, οι οποίοι χρησιμοποιούν τις στήλες καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, συνδυάζοντας το υδρογόνο του καυσίμου με το οξυγόνο του αέρα. Τα προβλήματα που ανακύπτουν και σχετίζονται κυρίως με την παραγωγή, την αποθήκευση και την μεταφορά του υδρογόνου, δεν έχουν ακόμα ξεπεραστεί σε τέτοιο βαθμό που θα καθιστούσε τη χρήση του εφικτή σε μαζική κλίμακα.
Ωστόσο, η πρόοδος είναι σημαντική και οι ιδέες πολλές. Τα πλεονεκτήματα και τα περιθώρια έρευνας που προσφέρει η χρήση υδρογόνου είναι μεγάλα, καθώς η διαδικασία παραγωγής του είναι σχετικά απλή.
Οι θετικές επιπτώσεις από τη χρήση κινητήρων υδρογόνου είναι πραγματικά εντυπωσιακές, όσον αφορά στην εξοικονόμηση ενέργειας και στη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Για να γίνει αυτό κατανοητό, αξίζει να σημειωθεί ότι αν το 20% των αυτοκινήτων στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποιούσαν κινητήρες υδρογόνου, η εισαγωγή πετρελαίου θα μειωνόταν κατά 1.5 εκατομμύρια βαρέλια ημερησίως.
Προς αποφυγή παρεξηγήσεων, πρέπει να διευκρινιστεί ότι η ιδέα των fuel cells δεν είναι καινούργια και η αρχική της εφαρμογή δεν αφορούσε τα αυτοκίνητα. Η ίδια πηγή ενέργειας χρησιμοποιείται στη διαστημική τεχνολογία και συγκεκριμένα τροφοδοτεί τους πυραύλους όταν βρίσκονται σε τροχιά.
Αν θελήσει κανείς να εστιάσει την προσοχή του στο βασικότερο χαρακτηριστικό των κινητήρων που χρησιμοποιούν στήλες καυσίμου, αυτό προσδιορίζεται με τρεις λέξεις: «μηδενικές εκπομπές ρύπων». Η σχεδόν μηδενικές, καθώς επικρατεί ένας πόλεμος εντυπώσεων μεταξύ των μεγάλων αυτοκινητοβιομηχανιών, οι οποίες επιθυμούν να παρουσιάσουν ένα φιλικό προς το περιβάλλον προφίλ.
Η Toyota σε αντίθεση με τη Ford και άλλους κατασκευαστές, υποστηρίζει ότι οι εκπομπές ρύπων περιορίζονται στο ένα δέκατο αυτών ενός συμβατικού κινητήρα εσωτερικής καύσης, καθώς κατά τη διαδικασία παραγωγής ενέργειας από τις στήλες καυσίμου, εκπέμπονται μικρές ποσότητες μονοξειδίου του άνθρακα, οξειδίου του αζώτου και υδρογονανθράκων. Όπως και να έχει, η χρήση αυτοκινήτων με στήλες καυσίμου, θα συμβάλλει δραστικά στη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης.
Συνδυασμός κινητήρων διαφορετικού τύπου
Στο μεταβατικό αυτό στάδιο, οι κινητήρες υδρογόνου δεν είναι ασφαλώς η μοναδική λύση φιλικών προς το περιβάλλον κινητήρων, που εξετάζουν οι αυτοκινητοβιομηχανίες. Πολλά υβριδικά αυτοκίνητα, αρκετά από τα οποία βρίσκονται ήδη στη γραμμή παραγωγής των εταιρειών, χρησιμοποιούν για την κίνησή τους συσσωρευτές ηλεκτρικής ενέργειας σε συνδυασμό είτε με κινητήρες φυσικού αερίου (γκάζι) είτε με βενζινοκινητήρες.
Επίσης, εταιρείες όπως η DaimlerChrysler και η Ford, χρησιμοποιούν τη μεθανόλη αντί για τη βενζίνη, ως πηγή για την παραγωγή του υδρογόνου, που χρησιμοποιείται στις στήλες καυσίμου. Τα καύσιμα τα οποία βασίζονται στη μεθανόλη δεν έχουν υψηλές εκπομπές ρύπων, ωστόσο είναι τοξικά όταν έρθουν σε επαφή με το νερό ή το ανθρώπινο δέρμα.
Το βασικότερο ίσως πρόβλημα αυτή τη στιγμή, παραμένει η τροφοδοσία των σταθμών ανεφοδιασμού με τον υπάρχοντα εξοπλισμό των εταιρειών πετρελαίων (σωλήνες ανεφοδιασμού, φορτηγά κτλ.).
Επιζητώντας κάποια άμεση και αποτελεσματική λύση, οι εταιρείες εξελίσσουν τώρα ένα νέο τύπο «καθαρού» υδρογονάνθρακα, παρόμοιο με τη βενζίνη, ο οποίος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί, χωρίς να απαιτείται ριζική τροποποίηση των κλασικών σταθμών ανεφοδιασμού. Από την άποψη αυτή τα καύσιμα που βασίζονται στη βενζίνη, θα βρίσκονται στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος για πολλά ακόμα χρόνια, εξαιτίας του χαμηλού κόστους.
Μια πολλά υποσχόμενη συνεργασία στο θέμα της τεχνολογίας καυσίμων, αναλογιζόμενοι και το μέγεθος των εταιρειών, είναι αυτή μεταξύ της General Motors, της Toyota και της Exxon Mobil, η οποία ανακοινώθηκε στις 8 Ιανουαρίου του 2001. Το κοινό αυτό πρόγραμμα είχε σκοπό τη δημιουργία μιας μορφής καυσίμου, παρόμοιου με τη βενζίνη, που θα μπορούσε να τροφοδοτήσει τόσο αυτοκίνητα που διαθέτουν κινητήρες υδρογόνου, όσο και κλασικούς κινητήρες εσωτερικής καύσης. Βασικότερο μέλημα, αποτελεί η διανομή των νέων καυσίμων μέσω των κλασικών πρατηρίων, προκειμένου να μειωθεί το κόστος και να δοθεί η δυνατότητα στους καταναλωτές να επιλέξουν εναλλακτικές μορφές καυσίμων.
Η κίνηση αυτή είναι απόρροια της πίεσης που ασκούν οι κυβερνήσεις και οι περιβαλλοντικές οργανώσεις, για μικρότερη εκμετάλλευση των φυσικών πηγών ενέργειας του πλανήτη και για λιγότερο ρυπογόνα αυτοκίνητα. Με το πρόγραμμα αυτό, οι συγκεκριμένες εταιρείες επιδιώκουν να στρέψουν μελλοντικά την αγορά σε μορφές καυσίμων που εξελίσσουν οι ίδιες.
Ο ανταγωνισμός και σε αυτό το επίπεδο μεταξύ των αυτοκινητοβιομηχανιών είναι ιδιαίτερα έντονος, καθώς κανείς δεν μπορεί να προδιαγράψει με βεβαιότητα το τοπίο στον τομέα των καυσίμων σε μια δεκαετία. Τα ποσά που δαπανούνται είναι μεγάλα (η DaimlerChrysler θα επενδύσει πάνω από 1 εκατομμύριο ευρώ στην τεχνολογία στηλών καυσίμου τα επόμενα τέσσερα χρόνια) και τα πλεονεκτήματα για την εταιρεία, της οποίας τα καύσιμα θα καταφέρουν να εδραιωθούν στην αγορά, εμφανή. Ανταγωνιστές, όπως η DaimlerChrysler και η Ford επενδύουν σε διαφορετικές μορφές καυσίμων (μεθανόλη) και είναι δεδομένο ότι καμία χώρα ή βιομηχανία δεν είναι διατεθειμένη να πληρώσει και για τα δύο.
Τρεις κολοσσοί σε κοινά project
Η ανακοίνωση της συνεργασίας GM – Toyota – Exxon Mobil έγινε στο διεθνές σαλόνι αυτοκινήτου της Β.Αμερικής και μολονότι οι δύο αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν συνεργαστεί και στο παρελθόν με την Exxon Mobil, είναι η πρώτη φορά που θα συνεργαστούν και οι τρεις εταιρείες.
Τον Απρίλιο του 1999, GM και Toyota συμφώνησαν να μοιραστούν την τεχνολογία τους, προκειμένου να κατασκευάσουν αυτοκίνητα με χαμηλές εκπομπές ρύπων και μικρές απαιτήσεις σε καύσιμα, ενώ η συμφωνία περιελάμβανε και την εξέλιξη υβριδικών οχημάτων. Όπως δήλωσε εκπρόσωπος της GM, o λόγος της συνεργασίας με την Toyota, είναι οι παρόμοιες ιδέες των δύο εταιρειών σε αρκετά θέματα και η προοπτική αμεσότερης υλοποίησής τους. Ωστόσο, καμία από τις τρεις εταιρείες δεν πρόκειται να διακόψει κάποιο από τα δικά της ερευνητικά προγράμματα.
Παράλληλα με την ανακοίνωση της συνεργασίας, η General Motors γνωστοποίησε ότι από το 2004 θα διαθέσει στην αγορά ένα υβριδικό SUV με μικτή κατανάλωση 6.7 λίτρα/100 χλμ., το οποίο θα χρησιμοποιεί κινητήρα αερίου σε συνδυασμό με έναν ηλεκτροκινητήρα. Το υβριδικό αυτό σύστημα ονομάζεται ParadiGM και πιθανότατα θα εφοδιάσει και άλλα μοντέλα που στηρίζονται στο πάτωμα Ε, της GM.
To ParadiGM περιλαμβάνει δυο κινητήρες αερίου, έναν τετρακύλινδρο και έναν V6, που συνδυάζονται αντίστοιχα με δύο ηλεκτροκινητήρες. Αρχικός στόχος είναι η παραγωγή 7.000 υβριδικών αυτοκινήτων SUV για το 2021 και η τιμή τους υπολογίζεται ότι θα κυμαίνεται από 20.000 έως 30.000 δολάρια.
Τέλος, η Ford στην έκθεση αυτοκινήτου του Λος Αντζελες ανακοίνωσε ότι θα παρουσιάσει μια έκδοση του πολυσυζητημένου Explorer, η οποία θα εφοδιάζεται με έναν ηλεκτρικό κινητήρα που θα διακόπτει τη λειτουργία του βενζινοκινητήρα όταν το αυτοκίνητο λειτουργεί στο ρελαντί, μειώνοντας σημαντικά την κατανάλωση.
Επιπλέον, ίσως τελικά η Ford καταφέρει να παρουσιάσει πρώτη στην αγορά ένα υβριδικό SUV, καθώς προγραμματίζει το 2020 να αρχίσει η παραγωγή ενός υβριδικού Escape. H διαμάχη μεταξύ Ford και GM, σχετικά με το ποια εταιρεία είναι περισσότερο φιλική προς το περιβάλλον, έχει ξεκινήσει εδώ και αρκετούς μήνες, υπογραμμίζοντας την αξία που δίνει το τμήμα μάρκετινγκ των αυτοκινητοβιομηχανιών, στη δημιουργία μιας εικόνας εταιρειών ευαίσθητων προς το περιβάλλον.
