Το αέριο υδρογόνο μπορεί να καεί ως καύσιμο, με οξυγόνο, παράγοντας μόνο νερό ως υποπροϊόν. Με δυνατότητα χρήσης σε κανονικούς κινητήρες εσωτερικής καύσης, το ίδιο το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί εύκολα μέσω μεθόδων όπως η ηλεκτρόλυση του νερού. Εάν αυτή η παραγωγή τροφοδοτείται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ο άνθρακας δε θα εμπλέκεται σε κανένα στάδιο της διαδικασίας, καθιστώντας τη διεργασία εντελώς απαλλαγμένη από αέρια θερμοκηπίου.
Το καύσιμο υδρογόνου διερευνάται ως ένας πιθανός τρόπος αποθήκευσης της υπερβάλλουσας ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Όταν η παραγωγή των αιολικών, ηλιακών και υδροηλεκτρικών εγκαταστάσεων υπερβαίνει τη ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια, αυτή η ισχύς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή καυσίμου υδρογόνου, το οποίο θα μπορούσε να αποθηκευτεί για πολύ μεγάλα χρονικά διαστήματα. Στη συνέχεια, εάν η παραγωγή των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μειωθεί, το υδρογόνο θα μπορούσε να μετατραπεί ξανά σε καθαρή ενέργεια ανάλογα με τη ζήτηση.
Όλοι αυτοί οι παράγοντες έχουν εδραιώσει τη θέση του υδρογόνου ως μία από τις πιο ελπιδοφόρες μεθόδους για μια οικονομία ουδέτερη από άνθρακα ιδιαίτερα καθώς η κλιματική αλλαγή συνεχίζει να επιταχύνεται. Ωστόσο, η παγκόσμια διάθεση του υδρογόνου ως καυσίμου έχει ακόμη ένα σημαντικό εμπόδιο να ξεπεράσει.
Η (εκρηκτική) πρόκληση
Δεδομένου ότι το αέριο υδρογόνο είναι εξαιρετικά εκρηκτικό, πρέπει να αποθηκεύεται και να μεταφέρεται σε κυψέλες καυσίμου υψηλών προτύπων ασφάλειας, όπου είτε βρίσκεται υπό πίεση ή ψύχεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτός ο εξοπλισμός δεν είναι μόνο πολύ δαπανηρός για τους καθημερινούς χρήστες, αλλά θα μπορούσε επίσης να προκαλέσει καταστροφικές ζημιές σε περίπτωση δυσλειτουργίας, προκαλώντας ανησυχίες για την ασφάλεια της ίδιας της τεχνολογίας.
Μια λύση στο πρόβλημα δίνει η χημεία: μια αντίδραση που μετατρέπει το αέριο υδρογόνο (H2) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) σε μυρμηκικό οξύ -ένα υγρό που μπορεί να αποθηκευτεί εύκολα και με ασφάλεια σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και πιέσεων. Ωστόσο, οι χημικοί καταλύτες που εμπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία απαιτούν συχνά τη χρήση σπάνιων μετάλλων ή ακραίες συνθήκες πραγματοποίησης της αντίδρασης, καθιστώντας το όλο θέμα λιγότερο ελκυστικό από οικονομική άποψη.
Η ζωή βρίσκει έναν τρόπο
Μια ομάδα βιολόγων στη Γερμανία έχει πιθανότατα ανακαλύψει μια δυνητικά πρωτοποριακή λύση σε αυτό το πρόβλημα. Στη σχετική μελέτη, ο Volker Müller και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο Johann Wolfgang Goethe της Φρανκφούρτης, ερεύνησαν ένα είδος βακτηρίων που κατοικεί στα βάθη του ωκεανού. Για να ανακτήσει την ενέργεια που χρειάζεται, αυτός ο οργανισμός φέρει ένα ένζυμο που καταλύει την ταχεία μετατροπή του H2 και του CO2 σε μυρμηκικό οξύ.
Μέσω της γενετικής μηχανικής, η ομάδα του Müller άλλαξε τον μεταβολισμό των βακτηρίων και κατάφερε να αντιστρέψει εντελώς την αρχική αντίδραση: μετατρέποντας το μυρμηκικό οξύ ξανά σε CO2 και καύσιμο υδρογόνο. Το σημαντικό είναι ότι αυτά τα βακτήρια δε χρειάζονταν ακραίες συνθήκες για να επιβιώσουν, μετατρέποντας σταθερά τις χημικές ουσίες σε θερμοκρασίες μόλις 30οC (86οF) και κανονική ατμοσφαιρική πίεση.
Το πείραμα
Χρησιμοποιώντας έναν βιοαντιδραστήρα, οι ερευνητές «τάισαν» τα τροποποιημένα βακτήρια τους με αέριο υδρογόνο για 8 ώρες κατά τη διάρκεια της ημέρας. Αυτό προσομοίωσε το χρονικό διάστημα όπου το αέριο υδρογόνο μπορούσε να παραχθεί ρεαλιστικά χρησιμοποιώντας την ενέργεια που συλλέγεται από τα ηλιακά πάνελ κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού της Νότιας Γερμανίας. Για τις υπόλοιπες 16 ώρες, διέκοψαν την παροχή υδρογόνου στον αντιδραστήρα, προκαλώντας την επανοξειδωση τυχόν μυρμηκικού οξέος που παράγεται κατά τη διάρκεια της ημέρας και απελευθερώνοντας το αέριο υδρογόνο που αρχικά καταναλώθηκε από τα βακτήρια. Ταυτόχρονα, το CO2 που απελευθερώνεται από τον βιοαντιδραστήρα θα μπορούσε να επαναδεσμευθεί, έτοιμο για χρήση στον επόμενο κύκλο αποθήκευσης.
Η ομάδα του Müller κράτησε το πείραμα σε λειτουργία για 2 εβδομάδες συνολικά, επιτρέποντας τους να αξιολογήσουν την απόδοση των κυψελών καυσίμου σε πολλαπλούς κύκλους ημέρας/νύχτας. Ήταν ιδιαίτερα ενθαρρυντικό ότι η ποσότητα του μυρμηκικού οξέος που παράγεται στο βιοαντιδραστήρα παρέμεινε σταθερή για τους πρώτους 4 κύκλους, προτού η, ανεπιθύμητη, παραγωγή οξικού οξέος αρχίσει να υποβαθμίζει την απόδοση του.
Οι ερευνητές περιγράφουν τη διάταξη τους ως μια «βιο-μπαταρία», στην οποία τα ηλεκτρόνια που φέρει το H2 μπορούν να αποθηκευτούν για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα μέσα στο μυρμηκικό οξύ και στη συνέχεια να προσπελαστούν μόλις το ζητήσει ο χρήστης. Με περαιτέρω βελτιώσεις, ελπίζουν ότι τα βακτήρια τους θα μπορούσαν να διατηρήσουν τα επίπεδα παραγωγής μυρμηκικού οξέος σε πολλούς κύκλους ημέρας/νύχτας – ανοίγοντας το δρόμο για την ανάπτυξη της τεχνολογίας σε βιομηχανική κλίμακα.
Εάν είναι επιτυχής, η βιο-μπαταρία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση υπερβάλλουσας ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και στη συνέχεια να την απελευθερώσει ξανά καθώς οι ενεργειακές απαιτήσεις αρχίζουν να υπερβαίνουν την τρέχουσα προσφορά.
Η δυνατότητα αποθήκευσης είναι πολύ σημαντική σε περιπτώσεις όπου η παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας είναι πολύ μεταβλητή: για παράδειγμα, όταν τα ηλιακά πάνελ δεν παράγουν ενέργεια κατά τη διάρκεια της νύχτας ή σε πιο ξηρές περιόδους του χρόνου, όταν υπάρχει λιγότερο νερό για την κίνηση των υδροηλεκτρικών γεννητριών. Η αιολική ενέργεια είναι επίσης εποχιακά μεταβλητή σε διάφορες γεωγραφικές περιοχές.
Δεδομένου ότι η διαδικασία περιλαμβάνει επίσης αποθήκευση και ανακύκλωση CO2, θα μπορούσε επίσης να παράσχει στις βιομηχανίες ισχυρότερα κίνητρα για να δεσμεύσουν το CO2 που παράγουν, φέρνοντας ενδεχομένως το όραμα μιας οικονομίας ουδέτερης από άνθρακα ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Με πληροφορίες από Freethink.com
