Μπορούν οι εναλλακτικές μορφές ενέργειας να υποκαταστήσουν τους υδρογονάνθρακες;

 

Γράφει ο Γιάννης Μπασιάς

Οι συνεισφορές ενεργειακών πόρων, όπως της πυρηνικής, υδροηλεκτρικής, ηλεκτρόλυσης του υδρογόνου, της γεωθερμίας ή των σύγχρονων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η αιολική και ηλιακή (φωτοβολταϊκή), είναι επί του παρόντος σχετικά μικρές στο παγκόσμιο ενεργειακό μείγμα.

Δυστυχώς δεν υπάρχουν σοβαρές συγκριτικές αναφορές μεταξύ του συνολικού ενεργειακού κόστους (ερευνητικό, κατασκευαστικό, κοινωνικό, περιβαλλοντικό) και της ενεργειακής απόδοσή τους, ενώ η κάθε μέθοδος έχει τους υποστηρικτές της. Μια πηγή ενέργειας χαμηλότερης απόδοσης, όπως η ηλιακή ή η αιολική ενέργεια, μπορεί να συμβάλει, αλλά όχι να καλύψει, τις παγκόσμιες ανάγκες.

Το μεγάλο πρόβλημα με τις πηγές χαμηλής ενεργειακής απόδοσης είναι ότι η καθαρή ενέργειά τους είναι χαμηλή, δηλαδή απαιτούν ένα μεγάλο ποσοστό εισερχόμενης ενέργειας, για να αποδώσουν κάποια εξερχόμενη ενέργεια, σε αντίθεση με το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, τα οποία έχουν υψηλές καθαρές ενεργειακές τιμές. Η μετάβαση από ορυκτά καύσιμα σε μια πηγή χαμηλότερης ενεργειακής απόδοση, θα ασκήσει περαιτέρω πίεση χρήσης σε άλλες εναπομένουσες πηγές ενέργειας παγκοσμίως, όπως το ξύλο και ο άνθρακας.

Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε περαιτέρω πιέσεις στους επιφανειακούς και υπόγειους πόρους με ισχυρό περιβαλλοντικό αντίκτυπο, απρόβλεπτο σήμερα από διεθνείς και εθνικούς οργανισμούς. Η ενέργεια από πυρηνική σχάση δεν είναι η απάντηση αντικατάστασης του πετρελαίου και του φυσικού αερίου, που παρέχει σήμερα στον κόσμο το 60% των ενεργειακών πόρων.

Η πυρηνική ενέργεια ως εναλλακτική

Η πυρηνική ενέργεια σχάσης παρέχει σήμερα το 5,6% των ενεργειακών πόρων και η ανάπτυξή της θα απαιτούσε σήμερα τεράστιες επενδύσεις υποδομών και ασφάλειας, αλλά και την κατανάλωση τεράστιων ποσοτήτων εισερχόμενης ενέργειας υψηλής απόδοσης, σε μια περίοδο που οι καθημερινές πρακτικές ανάγκες των αναπτυσσόμενων χωρών σε πετρέλαιο και φυσικό αέριο αυξάνονται.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ένα γραμμάριο ουράνιου 235 απελευθερώνει ενέργεια που ισοδυναμεί με αυτήν πολλών τόνων άνθρακα, αλλά η σχάση για παραγωγή ηλεκτρισμού σε εγκαταστάσεις μικρής κλίμακας εξακολουθεί να βρίσκεται πιο κοντά στην επιστημονική φαντασία, αν και οι εργαστηριακές έρευνες υποστηριζόμενες από διεθνή χρηματοδότηση παρουσιάζουν κάποια ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον υπήρξε στις αρχές της δεκαετίας του 2010 για την συμπαραγωγή ηλεκτρισμού και θερμότητας για βιομηχανική και οικιακή χρήση (πχ. Το Ευρωπαϊκό πρόγραμμα ARCHER, Advanced High Temperature Reactors).

Σε αντίθεση με την πυρηνική σχάση, η πυρηνική σύντηξη δεν παράγει μακροπρόθεσμα ραδιενεργά απόβλητα ή αέρια θερμοκηπίου και θα επέτρεπε την παράγωγή τεράστιας και καθαρής ενέργειας, από συγχώνευση των ισοτόπων του υδρογόνου, του δευτέριου που βρίσκεται σε αφθονία στους ωκεανούς και του τρίτιου προερχόμενου από την επεξεργασία του λιθίου 6.

Για να επιτευχθεί αυτό, απαιτείται να διατηρηθεί στη θέση του ένα σύννεφο σωματιδίων, ένα πλάσμα, σε περισσότερους από 100 εκατομμύρια βαθμούς κελσίου, ή επτά φορές τη θερμότητα του πυρήνα του ήλιου, υπό συνθήκες ακραίας πίεσης, μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο που παράγεται από ισχυρούς ηλεκτρομαγνήτες. Σε ίση μάζα, η σύντηξη απελευθερώνει τέσσερα εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από τον άνθρακα.

Που στοχεύει η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα

Η επιστημονική κοινότητα εργάζεται εδώ και 80 χρόνια πάνω σε αυτό το θέμα και οι πρώτοι αντιδραστήρες χτίστηκαν στην ΕΣΣΔ πριν από έξι δεκαετίες. Το 2019 το ρεκόρ διατήρησης του πλάσματος ήταν οκτώ δευτερόλεπτα. Το 2010, Κορεάτες επιστήμονες διατήρησαν σταθερό πλάσμα για 20 δευτερόλεπτα και στοχεύουν να κρατήσουν ένα πλάσμα σταθερό για 300 δευτερόλεπτα (πέντε λεπτά) μέχρι το 2025. Η Βόρεια Αμερική, η Δυτική Ευρώπη και η Ρωσία έχουν διερευνήσει πολλές οδούς για τον έλεγχο αυτής της σύνθετης τεχνολογίας, ενώ η Κίνα είναι τώρα η πιο πολλά υποσχόμενη.

Οι Κινέζοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι διατήρησαν ένα υψηλής θερμοκρασίας πλάσμα για 101,2 δευτερόλεπτα. Ο ITER στο Cadarache της Γαλλίας θα παράγει το πρώτο του πλάσμα μετά από πέντε χρόνια. Οι επτά χώρες μέλη του έργου είναι η Ευρωπαϊκή Ένωση, η Κίνα, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Ρωσία, η Ιαπωνία, η Κορέα και η Ινδία. Θα ακολουθήσουν 10 χρόνια δοκιμών με πλάσμα χαμηλής ενέργειας, πριν από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας γύρω στο 2035, ενώ οι πρώτοι “πραγματικοί” αντιδραστήρες παροχής ηλεκτρικής ενέργειας θα κατασκευαστούν γύρω στο 2060.

Η ΕΕ χρηματοδοτεί το έργο κατά 45% ανοίγοντας το δρόμο για τη βιομηχανική και εμπορική εκμετάλλευση της σύντηξης, ενώ το αρχικό κόστος των 20 δισ. ευρώ, έχει ήδη τετραπλασιαστεί. Η μαζική και συνεχής ενέργεια της σύντηξης θα μπορούσε να διορθώσει ένα από τα αδύναμα σημεία των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που είναι η γεωγραφική τους διασπορά. Ενδεικτικό είναι ότι ο στόχος απανθρακοποίησης του 2050 συμβαδίζει με τα ανωτέρω χρονοδιαγράμματα.

Παραγωγή υδρογόνου από ανανεώσιμες μορφές ενέργειας

Ο πρόσφατος προσανατολισμός παραγωγής υδρογόνου από ηλεκτρόλυση τυγχάνει γενικής υποστήριξης, διότι το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί από διάφορες πρώτες ύλες χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τεχνολογιών επεξεργασίας με στόχο την ενσωμάτωσή του στις ενεργειακές και βιομηχανικές υποδομές. Αν και το υδρογόνο από το φυσικό αέριο είναι εμπορικά βιώσιμο σήμερα, θεωρείται ως τεχνολογία γέφυρας για να επιτρέψει τα μελλοντικά ενεργειακά σενάρια, όπου το υδρογόνο θα παράγεται χρησιμοποιώντας όλους τους διαφορετικούς πόρους.

Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από το φως του ήλιου, τον άνεμο, και τις πυρηνικές πηγές μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει ηλεκτρολυτικά το υδρογόνο από το νερό. Ιδιαίτερα το φως του ήλιου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παραγάγει υδρογόνο από το νερό, χρησιμοποιώντας φωτοηλεκτροχημικές και φωτοβιολογικές διαδικασίες.

Αλλά η παραγωγή του από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας παραμένει προς το παρόν αντιοικονομική. Οι έρευνες επικεντρώνονται αυτή την στιγμή στην παραγωγή υδρογόνου από αεριοποίηση άνθρακα για την λειτουργία εγκαταστάσεων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με μηδενικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Η ενεργειακή και οικονομική αποδοτικότητα από τις διάφορες πηγές, όπως οι ανανεώσιμες συμπεριλαμβανομένης της βιομάζας, τα ορυκτά καύσιμα και η πυρηνική ενέργεια είναι ακόμα υπό έρευνα.

Η τελευταία μελέτη του 2020 του Τμήματος Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών (DOE) συμπεραίνει ότι σήμερα το κόστος παραγωγής υδρογόνου που συνδέεται με μεθόδους αεριοποίησης του άνθρακα και δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα (CCUS) δεν ξεπερνά τα δύο δολάρια το κιλό. Το κόστος παραγωγής από βιομάζα κυμαίνεται στα ίδια επίπεδα. Αντίθετα, το κόστος παραγωγής από πυρηνική ή αιολική ενέργεια κυμαίνεται μεταξύ 5,5 και έξι δολάρια το κιλό, ενώ από ηλιακή ηλεκτρόλυση φθάνει μέχρι τα 14,5 δολάρια το κιλό που σε ισοδύναμο κόστος ενός βαρελιού πετρελαίου θα αντιστοιχούσε σε 687 δολάρια κόστος το βαρέλι.

Ηλεκτροκίνηση και περιβαλλοντικός αντίκτυπος

Μεγάλο μέρος της παραγωγής πετρελαίου τροφοδοτεί τις μεταφορές και η κύρια ιδέα για την αντικατάσταση των πετρελαιοκίνητων οχημάτων είναι η χρήση ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά προς το παρόν, υπάρχουν πολλά προβλήματα με αυτή την ιδέα. Πρώτον, η ενεργειακή απόδοση των ηλεκτρικών μπαταριών οχημάτων είναι αρκετά μικρότερη από την ενεργειακή απόδοση των παραγώγων του πετρελαίου. Αυτό παρέχει σημαντικά πλεονεκτήματα για τα οχήματα που κινούνται με πετρέλαιο ή φυσικό αέριο, που σημαίνει ότι ο μέσος καταναλωτής δεν ενδιαφέρεται ακόμα για την αγορά ηλεκτρικών οχημάτων.

Δεύτερον, σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής των ηλεκτρικών οχημάτων (από την εξόρυξη πόρων για την πραγματοποίηση ενός οχήματος μέχρι το τέλος της ζωής του οχήματος), καταναλώνουν σημαντικές ποσότητες ενέργειας από ορυκτά καύσιμα και παράγουν σημαντικές ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα (CO2) συμβάλλοντας στο σύνολο των εκπομπών CO2. Αυτό περιλαμβάνει το μέταλλο, το πλαστικό, τις βαφές και όλα τα παράγωγα μετάλλων και υδρογονανθράκων από την στιγμή της εξόρυξης, βιομηχανικής επεξεργασίας, μεταφοράς, και τελικής μεταποίησης, μέχρι την περιβαλλοντική αποκατάσταση των περιοχών.

Αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι η παραγωγή ενός ηλεκτρικού οχήματος παράγει περισσότερο CO2 από ένα αντίστοιχο όχημα που τροφοδοτείται από παράγωγα διύλισης του πετρελαίου και ότι οι εκπομπές CO2 από την εξόρυξη πόρων για την κατασκευή του, είναι ένα σημαντικό μέρος των συνολικών εκπομπών CO2 από τα οχήματα. Ένας πρόσθετος παράγοντας μόλυνσης συνδέεται με τα ορυκτά καύσιμα που χρησιμοποιούνται επίσης για την απόκτηση λιθίου, αναγκαίου για τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, με την περιβαλλοντική αποκατάσταση και με την ανακύκλωσή κατά την απόσυρση των οχημάτων.

από slpress