Δεν είναι δύσκολο να τροποποιήσετε έναν υπάρχοντα κινητήρα ICE δηλαδή ΜΕΚ– μηχανή εσωτερικής καύσης – ώστε να καίει υδρογόνο αντί για βενζίνη ή ντίζελ, αλλά δεν είναι επίσης έξυπνο.

Η έκκληση δεν είναι δύσκολο να κατανοηθεί. Η ΜΕΚ, όπως όλοι γνωρίζουμε, είναι μια οικονομικά προσιτή τεχνολογία που είναι άνετα οικεία. Και, τουλάχιστον θεωρητικά, η καύση υδρογόνου σε μια ΜΕΚ παράγει μόνο υδρατμούς.   

Αλλά υπάρχουν δύο τεράστια προβλήματα με τη χρήση του υδρογόνου με αυτόν τον τρόπο. Είναι σπάταλα αναποτελεσματικό, για αρχή. Και η ακριβή υποδομή που απαιτείται για την προμήθεια του στους κατόχους μέσων δεν υπάρχει, σε αντίθεση με το ηλεκτρικό δίκτυο.

Όμως υπάρχουν και άλλα εμπόδια.

Υδρογόνο: Μ.Ε.Κ. vs FCEB…

Ένα FCEB – ηλεκτρικό σκάφος κυψελών καυσίμου – λειτουργεί με υδρογόνο, αλλά το χρησιμοποιεί πολύ πιο αποτελεσματικά από μια ΜΕΚ.

Ανεξάρτητα από το καύσιμο με το οποίο λειτουργεί μια Μ.Ε.Κ. , το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας σε αυτό το καύσιμο χάνεται ως θερμότητα. Οι κύριες οδοί διαφυγής είναι το ψυγείο του συστήματος ψύξης και ο σωλήνας της εξάτμισης. 

Απώλειες περίπου 70 τοις εκατό είναι τυπικές για μια σύγχρονη ΜΕΚ ( I.C.E. ), αν και υπάρχουν λίγες που μέσω προσεκτικού σχεδιασμού καταφέρνουν να μειώσουν αυτό το ποσοστό στο 60 τοις εκατό περίπου. Με άλλα λόγια, μόνο το 30% ή, στην καλύτερη περίπτωση, το 40 τοις εκατό της ενέργειας του καυσίμου που καίγεται από μια ΜΕΚ καταλήγει να κάνει τον στροφαλοφόρο άξονα να περιστρέφεται και τους τροχούς ή την προπέλα να περιστρέφονται.

Αυτό είναι ένα αρκετά χαμηλό ποσοστό μετατροπής, αλλά δεν είναι το μόνο πρόβλημα. Η καύση σε υψηλή θερμοκρασία σε μια ΜΕΚ υδρογόνου σημαίνει ότι παράγει δυσάρεστα οξείδια του αζώτου – NOx  – όπως κάθε άλλη ΜΕΚ. Οι υδρατμοί δεν είναι το μόνο πράγμα που βγαίνει από την εξάτμιση ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης που καίει υδρογόνο.

Η κυψέλη καυσίμου είναι ένας καθαρότερος και πιο αποτελεσματικός τρόπος χρήσης του υδρογόνου ως καυσίμου. 
αντί να το καίει, μια κυψέλη καυσίμου εκτελεί μια χημική αντίδραση για να δημιουργήσει ηλεκτρισμό

Το NOx  είναι γνωστό ερεθιστικό του αναπνευστικού συστήματος, μεταξύ άλλων, γι’ αυτό και οι εκπομπές αυτού του ρύπου περιορίζονται αυστηρά από κανονισμούς παντού στον κόσμο.

Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου δεν καίνε το καύσιμο τους. Ζεσταίνονται, δεν ζεσταίνονται, και έτσι δεν παράγουν ΝΟx . Αλλά αυτό είναι ένα παράπλευρο ζήτημα σε σύγκριση με το μεγάλο πλεονέκτημα της κυψέλης καυσίμου έναντι του υδρογόνου σε ΜΕΚ .  

Οι κυψέλες καυσίμου υδρογόνου είναι δύο φορές πιο αποδοτικές. Μετατρέπουν περίπου το 60 τοις εκατό της ενέργειας που είναι αποθηκευμένη στις δεξαμενές καυσίμων τους σε μέρη που πηγαίνουν. Αυτό είναι ένα τεράστιο πλεονέκτημα, αλλά δεν είναι το τέλος του επιχειρήματος…

Υδρογόνο: MEK vs EB…

Είναι λογικό να κάνουμε αυτή τη σύγκριση.

Σήμερα το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου παράγεται από φυσικό αέριο σε μια διαδικασία που ονομάζεται αναμόρφωση μεθανίου με ατμό. Το φυσικό αέριο είναι βασικά το ίδιο πράγμα με το μεθάνιο, ή CH4  (ένα άτομο άνθρακα συνδεδεμένο με τέσσερα άτομα υδρογόνου).

Η ανάμειξη μεθανίου με ατμό υψηλής θερμοκρασίας σπάει τους ατομικούς δεσμούς για την απελευθέρωση του υδρογόνου, αλλά και παράγει CO2 , το μεγαλύτερο αέριο θερμοκηπίου από όλα αυτά. Επομένως, δεν είναι καλή ιδέα να φτιάχνουμε υδρογόνο με αυτόν τον τρόπο, εάν ο στόχος είναι να μηδενιστούν οι εκπομπές θερμοκηπίου από τη χρήση αυτοκινήτων ή σκαφών και πλοίων .

Υπάρχει ένας άλλος τρόπος για την παραγωγή υδρογόνου που είναι πολύ καθαρός σε σύγκριση. Ο ηλεκτρισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διάσπαση του H 2 O στο υδρογόνο και το οξυγόνο από το οποίο παράγεται. Ο έξυπνος τρόπος για να γίνει αυτό, προφανώς, είναι η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Η Toyota δημιούργησε ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο Corolla που καίει υδρογόνο σε κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Αυτό σημαίνει ότι κάθε είδος μέσου που λειτουργεί με καθαρό υδρογόνο ουσιαστικά ανταγωνίζεται τα ΕV ή EB. Έχουμε ήδη δει ότι ένα FCEV ή FCEB είναι δύο φορές πιο ενεργειακά αποδοτικό από ένα όχημα που λειτουργεί με ΜΕΚ που καίει υδρογόνο. Αλλά ένα ΕV ή EB, με τη σειρά του, είναι δύο φορές πιο ενεργειακά αποδοτικό από ένα FCEV ή FCEB. Να γιατί…

Η παραγωγή υδρογόνου από νερό με ηλεκτρόλυση δεν είναι 100 τοις εκατό αποτελεσματική. Ενώ υπάρχει συνεχής έρευνα για τον τρόπο βελτίωσης της διαδικασίας, η τρέχουσα τεχνολογία ηλεκτρολύτη διαχειρίζεται την απόδοση στο εύρος του 60 έως 70 τοις εκατό. Αυτή είναι μια μεγάλη απώλεια, αλλά θα ακολουθήσουν κι άλλες.

Η αποθήκευση μιας χρήσιμης ποσότητας υδρογόνου σε μια δεξαμενή καυσίμου περιλαμβάνει τη συμπίεσή της έως και 700 bar – 10.000 psi σε στρογγυλές δεξαμενές– ή την κατάψυξή της στους μείον 253 βαθμούς Κελσίου. Και οι δύο διαδικασίες καταναλώνουν σημαντική ενέργεια, αν και η συμπίεση έχει ένα πλεονέκτημα έναντι της ψύξης. Στη συνέχεια, το υδρογόνο πρέπει να μεταφερθεί εκεί όπου πωλείται, με επιπλέον κόστος σε ενέργεια.

Και το κόστος αθροίζεται. Αξιόπιστες εκτιμήσεις θέτουν τη συνολική απόδοση –ας την ονομάσουμε «συντελεστής στροβίλου προς ελαστικό ή προς προπέλα» – ενός FCEV στο εύρος του 20 έως 30 τοις εκατό. Δεν είναι εντυπωσιακά νούμερα, αλλά να θυμάστε ότι ένα αυτοκίνητο με κινητήρα ΜΕΚ που καίει υδρογόνο από ανανεώσιμες πηγές θα μας προσφέρει μόνο τη μισή απόδοση.

Αναπτύχθηκε από τη Yamaha, ο κινητήρας V8 5,0 λίτρων στο Lexus RC F έχει επανασχεδιαστεί για να καίει υδρογόνο και όχι βενζίνη

Τα EΒ δεν είναι επίσης 100 τοις εκατό αποδοτικά, αλλά είναι πολύ καλύτερα από τα εναλλακτικά που κινούνται με υδρογόνο.

Υπάρχουν μικρές απώλειες που σπρώχνουν την ηλεκτρική ενέργεια μέσα από τα καλώδια και τους μετασχηματιστές του δικτύου. Και υπάρχουν περισσότερες απώλειες καθώς περνάει από φορτιστές και αποθηκεύεται σε πακέτα μπαταριών. Τέλος, υπάρχουν απώλειες σε μετατροπέα και κινητήρα ενός EV.

Αλλά όλες αυτές οι διαρροές είναι σχετικά μικρές. Η απόδοση από «τουρμπίνα σε ελαστικό ή προπέλλα» ενός EV που λειτουργεί με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εκτιμάται από τους ειδικούς σε περίπου 75 τοις εκατό.

Έτσι, ο ίδιος αριθμός kWh που παράγονται από ανανεώσιμες πηγές που απαιτούνται για να οδηγήσετε 100 km σε ένα EV θα σας πάρει μόνο 50 km σε ένα FCEV ή περίπου 25 km σε ένα αυτοκίνητο που λειτουργεί με ΜΕΚ με υδρογόνο. Ή, για να το θέσω αλλιώς, εάν ένα EV χρησιμοποιεί 20 kWh για να οδηγήσει 100 km, ένα FCEV θα απαιτήσει 40 kWh και ένα ICE που καίει υδρογόνο θα χρειαστεί 80 kWh.

Είναι απλώς ανόητο να σπαταλάτε καθαρή ηλεκτρική ενέργεια για την παραγωγή καυσίμου για μια αναποτελεσματική ΜΕΚ που καίει υδρογόνο – και αυτό πριν αρχίσετε να εξετάζετε άλλες εκπομπές όπως NOx ή CO2 από ή για την παραγωγή του .

Υπάρχουν πολλοί άλλοι τρόποι για την ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές να μειώσει τις εκπομπές άνθρακα σε άλλους τομείς πολύ πιο αποτελεσματικά. Αγοράστε ένα EB, για παράδειγμα…