Φορτηγά που κινούνται με υδρογόνο - Η καινοτομία που αλλάζει το μέλλον των μεταφορών

Σε μελέτη που δημοσιεύεται στο Nature Nanotechnology, περιγράφεται μια καινοτομία στις κυψέλες υδρογόνου, που υπόσχεται να αλλάξει ριζικά το μέλλον των βαρέων μεταφορών, προσφέροντας μια καθαρή εναλλακτική λύση στις ρυπογόνες ηλεκτρικές μπαταρίες. 

Οι μπαταρίες, όσο προηγμένες κι αν είναι, δεν ανταποκρίνονται πάντα στις ανάγκες των φορτηγών μεγάλων αποστάσεων: είναι βαριές, φορτίζουν αργά και επηρεάζουν το ωφέλιμο φορτίο. Αντίθετα, οι κυψέλες υδρογόνου προσφέρουν ταχύτητα ανεφοδιασμού και μηδενικές εκπομπές – με μόνη «εκπομπή» το νερό. Ωστόσο, το αδύναμο σημείο τους μέχρι σήμερα ήταν η μειωμένη αντοχή. 

Όπως διαβάζουμε στο The Brighter Side News, η ομάδα μηχανικών από το UCLA ανέπτυξε έναν νέο καταλύτη ειδικά σχεδιασμένο για βαριές εφαρμογές. Ο καταλύτης βασίζεται στην πλατίνα, ένα υλικό γνωστό για την απόδοσή του, αλλά σε αυτή την περίπτωση, προστατεύεται από ένα προηγμένο σύστημα με γραφένιο. Στο παρελθόν, τα κράματα πλατίνας φθείρονταν με την πάροδο του χρόνου, μειώνοντας την αποδοτικότητα των κυψελών. Η νέα τεχνολογία επιλύει αυτό το πρόβλημα με έναν έξυπνο σχεδιασμό που παρατείνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής.

Ανθεκτικότητα με τεχνολογία γραφενίου

Συγκεκριμένα, τα σωματίδια πλατίνας τοποθετούνται μέσα σε νανοδομές γραφενίου, που τα προστατεύουν αλλά και επιτρέπουν τη χημική αντίδραση. Το γραφένιο, αν και έχει πάχος μόλις ένα άτομο,  είναι εξαιρετικά ισχυρό, αγώγιμο και ελαφρύ. Το σύνολο τοποθετείται σε ένα υλικό άνθρακα υψηλής επιφάνειας, δημιουργώντας έναν καταλύτη που είναι και αποτελεσματικός και ανθεκτικός σε έντονες καταπονήσεις. Η κατασκευή αυτή διατηρεί την απόδοση ακόμη και σε δύσκολες συνθήκες χρήσης, όπως σε φορτηγά μεγάλων αποστάσεων.

Κυψέλες καυσίμου υδρογόνου με διάρκεια 200.000 ωρών

Η νέα τεχνολογία δοκιμάστηκε εντατικά με 90.000 κύκλους φόρτισης, μια δοκιμή που προσομοιώνει πολλά χρόνια χρήσης. Το αποτέλεσμα ήταν εντυπωσιακό: μόλις 1,1% μείωση στην απόδοση, όταν ακόμη και το 10% θεωρείται αποδεκτό. Αυτό σημαίνει ότι η κυψέλη μπορεί να διαρκέσει πάνω από 200.000 ώρες λειτουργίας – επτά φορές περισσότερο από τον σημερινό στόχο των ΗΠΑ για τις κυψέλες βαρέων οχημάτων. Αυτό μεταφράζεται σε δεκαετίες λειτουργίας χωρίς αντικατάσταση, κάτι που αλλάζει τα δεδομένα για τις μεταφορικές εταιρείες και τις εκπομπές ρύπων.

Επιπλέον, η νέα διάταξη επιτυγχάνει κορυφαία ισχύ 1,08 watt ανά τετραγωνικό εκατοστό, ανταγωνιζόμενη μπαταρίες που είναι πολύ πιο βαριές. Για φορτηγά, όπου κάθε κιλό μετράει, αυτή η διαφορά βάρους μπορεί να σημαίνει δυνατότητα μεταφοράς μεγαλύτερου φορτίου και ταυτόχρονα με μικρότερη κατανάλωση ενέργειας. Αυτό το πλεονέκτημα κάνει τις κυψέλες υδρογόνου πιο ελκυστικές από τις μπαταρίες για μακρινές μετακινήσεις.

Το υδρογόνο ως λύση για τις εκπομπές των βαρέων οχημάτων

Τα βαρέα οχήματα αποτελούν μόλις το 5%, αλλά ευθύνονται για σχεδόν το 25% των εκπομπών. Οι μπαταρίες είναι χρήσιμες, αλλά οι μεγάλες τους διαστάσεις και ο χρόνος φόρτισης αποτελούν μειονεκτήματα. Αντίθετα, το υδρογόνο επιτρέπει ταχύ ανεφοδιασμό – όπως ένα ρεζερβουάρ βενζίνης – και μικρότερο βάρος. Αυτό σημαίνει λιγότερη ενέργεια για την ίδια απόσταση και μεγαλύτερη αυτονομία, χωρίς καθυστερήσεις στην παράδοση.

Η πρόκληση τώρα είναι η δημιουργία ενός επαρκούς δικτύου ανεφοδιασμού υδρογόνου. Ωστόσο, σύμφωνα με τους ειδικούς, αυτό είναι πιο εύκολο και οικονομικό από την εγκατάσταση χιλιάδων σταθμών φόρτισης. Παράλληλα, η νέα τεχνολογία πετυχαίνει ενεργειακή απόδοση 71,9%, κάτι που σημαίνει λιγότερες απώλειες και περισσότερη ωφέλιμη ισχύ.

Η συγκεκριμένη εξέλιξη δείχνει πως οι κυψέλες καυσίμου μπορούν πλέον να γίνουν πρωταγωνιστές στο μέλλον των μεταφορών. Με μεγάλη διάρκεια ζωής, χαμηλό βάρος και γρήγορο ανεφοδιασμό, μπορούν να αντικαταστήσουν τις μπαταρίες στα μεγάλα οχήματα. Αν υποστηριχθούν από ένα αξιόπιστο δίκτυο υδρογόνου, η μετάβαση σε καθαρές μεταφορές μπορεί να γίνει πραγματικότητα πολύ πιο γρήγορα από ό,τι πιστεύαμε.