Υδρογόνο τέλος - Νέες κυψέλες καυσίμου απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα και παράγουν ενέργεια

Η αντίδραση υγρού μεταλλικού νατρίου με αέρα θα μπορούσε, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύεται στο περιοδικό Joule, να εκτοξεύσει την αυτονομία των ηλεκτρικών αεροπλάνων. Η ιδέα είναι ακόμα σε θεωρητικό επίπεδο, αλλά οι αριθμοί δείχνουν μια αδιανόητη μέχρι τώρα αναλογία ενέργειας προς βάρος υπέρ της τεχνολογίας.  Αν αποδειχθεί λειτουργική σε μεγάλη κλίμακα, αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να φέρει την επανάσταση και σε άλλες εφαρμογές, όπως τα drones, τα επανδρωμένα διαστημικά οχήματα και τα εναέρια μέσα πολιτικής προστασίας.

Τα ηλεκτρικά αεροπλάνα είναι έτοιμα προς «απογείωση»

Οι πτήσεις μεγάλων αποστάσεων είναι ενεργοβόρες και ρυπογόνες, εξού και οι δοκιμές των πρώτων πρωτότυπων ηλεκτρικών αεροπλάνων.Ωστόσο, οι συμβατικές τεχνολογίες στις οποίες βασίζονται έχουν πολλούς περιορισμούς, όπως το μεγάλο βάρος των συσσωρευτών. Γι' αυτό Κινέζοι ερευνητές αποφάσισαν να δοκιμάσουν κάτι πέρα από τα συνηθισμένα και να αντιδράσουν υγρό μεταλλικό νάτριο με οξυγόνο του αέρα. Η πρωτοβουλία τους δείχνει μια γενικότερη τάση μετατόπισης προς πιο εναλλακτικές και πρωτότυπες λύσεις με περιβαλλοντική βιωσιμότητα.

Παρεμφερής τεχνολογία είναι οι κυψέλες υδρογόνου, αλλά τα τελευταία χρόνια είχαν εξελιχθεί πολύ λιγότερο από την ηλεκτρική. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα παράγονται μαζικά και προς το παρόν είναι πολύ πιο αποδοτικά από τα λεωφορεία και τα φορτηγά υδρογόνου. Η χρησιμοποίηση κυψελών υδρογόνου σε αεροπλάνα είναι ακόμα στα σπάργανα και φαίνεται πως δεν θα υλοποιηθεί με βάση τις τεχνολογικές εξελίξεις του χώρου. Το υδρογόνο έχει μεν πολύ καλή αναλογία ενέργειας προς βάρος, αλλά η αποθήκευσή του απαιτεί ενισχυμένες δεξαμενές που τελικά προσθέτουν περισσότερο βάρος από τις δεξαμενές άλλων καυσίμων. Το πρακτικό πρόβλημα του όγκου και της πίεσης του υδρογόνου παραμένει σημαντικό, ιδίως για χρήση σε μέσα όπου κάθε κιλό μετράει, όπως τα αεροσκάφη.

Μια εντελώς διαφορετική λύση στο πρόβλημα των καυσίμων

Οι κυψέλες υγρού νατρίου χρησιμοποιούν την ίδια τεχνολογία με τις μπαταρίες νατρίου και έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα. Όταν αντιδράσει το νάτριο με το οξυγόνο, προκύπτουν παραπροϊόντα (NaO₂) που απομακρύνονται από τις κυψέλες. Τα παραπροϊόντα μπορούν να αποθηκευτούν και να χρησιμοποιηθούν σε βιομηχανικές εφαρμογές μετά την προσγείωση. Έτσι οι πτήσεις δεν θα επιβαρύνουν το περιβάλλον με τοξικά απόβλητα, ενώ παράλληλα ΘΑ προσφέρουν νέα οικονομικά οφέλη μέσω της αξιοποίησης των παραπροϊόντων.

Ένα δεύτερο σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι το οξείδιο του νατρίου, σχηματίζοντας ανθρακικό νάτριο, όταν αντιδρά στον αέρα με διοξείδιο του άνθρακα, μπορεί έτσι να δεσμεύσει το αέριο αυτό, το οποίο προκαλεί την κλιματική αλλαγή. Η απελευθέρωση, μάλιστα, του οξειδίου του νατρίου κατά τη διάρκεια της πτήσης θα μπορούσε να μειώσει το φαινόμενο της όξινης βροχής και της αύξησης της οξύτητας των ωκεανών. Αυτό μετατρέπει τα αεροσκάφη από απλούς μεταφορείς σε ενεργούς καθαριστές της ατμόσφαιρας, συμβάλλοντας σε ένα πιο καθαρό και βιώσιμο περιβάλλον.

Οι αριθμοί λένε την αλήθεια

Οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι το όριο για την ηλεκτροκίνηση των αεροπλάνων είναι 1.000 βατώρες ανά κιλό (Wh/kg), όταν οι μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι 300 βατώρες Wh/kg. Το όριο των 1.000 θεωρείται επαρκές για τις περισσότερες τοπικές πτήσεις, ενώ οι μπαταρίες βελτιώνονται θεαματικά κάθε χρονιά. Οι κυψέλες υγρού νατρίου αποδίδουν στο εργαστήριο περίπου 1.200 έως 1.540 Wh/kg, αν και σε πραγματικές συνθήκες η απόδοση θα πέσει περίπου στις 1.000 Wh/kg. Δεν αποκλείεται μάλιστα να δούμε στο μέλλον αεροπλάνα με αυτονομία που να ξεπερνά αυτή των σημερινών αεριωθούμενων επιβατηγών.

Το βασικό πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές είναι η παραγωγή μεταλλικού νατρίου σε χαμηλή τιμή. Η απόρριψη του οξειδίου του νατρίου μετά την αντίδραση σημαίνει ότι θα χρειαστούν τεράστιες ποσότητες. Η εύρεση του νατρίου δεν είναι ιδιαίτερα δύσκολη, καθώς είναι το έκτο πιο σύνηθες συστατικό του φλοιού της γης και το ήμισυ των αλάτων του ωκεανού. Η παραγωγή του, μάλιστα, έχει πέσει τα τελευταία χρόνια μετά την απαγόρευση ενός είδους πετρελαίου για την σύνθεση του οποίου χρησιμοποιούνταν. Με νέες τεχνικές εξόρυξης ή ανακύκλωσης νατρίου, το κόστος ενδέχεται να μειωθεί δραστικά, επιταχύνοντας την υιοθέτηση της τεχνολογίας.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, το κλειδί είναι η απόρριψη του υλικού που παράγεται σε υγρή μορφή, ώστε να αποφευχθεί η απόρριψη στερεού που σχηματίζεται σε άνυδρες συνθήκες. Η ρευστή μορφή επιτρέπει καλύτερη διαχείριση και μειώνει τον κίνδυνο απόφραξης ή ζημιών στο σύστημα, καθιστώντας το πιο αξιόπιστο για αεροπορική χρήση.

Αν η τεχνολογία αυτή βρει το δρόμο της προς την αγορά, δεν αποκλείεται να ζήσουμε σε έναν κόσμο όπου τα αεροπλάνα θα «καίνε» αέρα και θα καθαρίζουν το κλίμα, αντί να το επιβαρύνουν -μια ιδέα που μπορεί να ανήξει στην επιστημονική φαντασία που ίσως σύντομα γίνει πραγματικότητα.