Η αποθήκευση υδρογόνου αποτελεί σπαζοκεφαλιά για τους επιστήμονες, όμως, δύο ερευνητικές ομάδες από το Πανεπιστήμιο Κρήτης καλούνται να λύσουν τον γρίφο καθώς συμμετέχουν στο μεγαλύτερο ευρωπαϊκό πρόγραμμα για αποθήκευση υδρογόνου συνολικού προϋπολογισμού 6.000.000 €!
Πρόκειται για τις ομάδες των καθηγητών του Τμήματος Χημείας, Γιώργου Φρουδάκη και Παντελή Τρικαλίτη.
Συνολικά, 16 ερευνητικές ομάδες από όλη την Ευρώπη και όχι μόνο, θα διεξάγουν έρευνα η οποία θα βασιστεί σε τεχνητή νοημοσύνη για την εύρεση νέων καινοτόμων υλικών αποθήκευσης υδρογόνου, με σκοπό να καταλήξει μετά από τέσσερα χρόνια στην κατασκευή δεξαμενής υδρογόνου για οχήματα.
Είναι πλέον γνωστό ότι τα αποθέματα των ορυκτών καυσίμων δεν είναι ανεξάντλητα. Μελέτες έχουν δείξει ότι το 2050 θα έχει φανεί αισθητά η μείωση τους. Επιπλέον, η καύση των ορυκτών καυσίμων παράγει ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα οι οποίες ενισχύουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Τέλος, όπως έγινε ιδιαίτερα αντιληπτό πρόσφατα, η γεωπολιτική εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα μπορεί να δημιουργήσει σημαντικά προβλήματα σε παγκόσμια κλίμακα! Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, οι επιστήμονες τονίζουν πως η μετάβαση σε πράσινα καύσιμα κρίνεται επιτακτική.
Το υδρογόνο είναι το πιο πράσινο καύσιμο γιατί η καύση του δηλαδή η ένωσή του με το οξυγόνο παράγει ως καυσαέριο μόνο νερό. Επιπλέον, έχει τρεις φορές περισσότερη ενέργεια από την αντίστοιχη ποσότητα βενζίνης και μπορεί να παραχθεί οπουδήποτε υπάρχει νερό και (πράσινη) ενέργεια, μέσω ηλεκτρόλυσης. Χρησιμοποιείται σε ηλεκτροκίνητα οχήματα, τα οποία διαθέτουν κυψέλες καυσίμων (fuel cells) όπου γίνεται η καύση του και παράγεται ηλεκτρισμός. Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, η κύρια διαφορά των αυτοκινήτων υδρογόνου με τα ηλεκτροκίνητα που κυκλοφορούν είναι ύπαρξη δεξαμενής υδρογόνου και κυψελών καυσίμου αντί για μπαταρία.
Τα πλεονεκτήματα των αυτοκινήτων υδρογόνου είναι ότι μπορούμε να γεμίσουμε τη δεξαμενή σε λίγα λεπτά σε σχέση με τις ώρες που χρειάζεται ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο για να φορτίσει. Επιπλέον μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε βαρέα οχήματα όπως φορτηγά λεωφορεία καθώς και καράβια υποβρύχια όπου η χρήση μπαταριών είναι ανέφικτη.
Το κύριο πρόβλημα των οχημάτων υδρογόνου είναι η αποθήκευσή του, και γι’ αυτό τον λόγο η ΕΕ προκήρυξε ανταγωνιστικό χρηματοδοτούμενο ερευνητικό πρόγραμμα μεγάλου μεγέθους με στόχο την έρευνα και κατασκευή μιας βέλτιστης και αποδοτικής δεξαμενής υδρογόνου. Όσο εύκολο και να ακούγεται αυτό στην πράξη είναι πάρα πολύ δύσκολο αν υπολογίσει κανείς ότι το υδρογόνο είναι το πιο ελαφρύ αέριο, δέκα φορές πιο αραιό από τον αέρα!
Για παράδειγμα αν θέλαμε να αποθηκεύσουμε σε μία δεξαμενή υδρογόνου ικανό καύσιμο ώστε να κινήσει ένα αυτοκίνητο για 500 km χρησιμοποιώντας τις υπάρχουσες τεχνολογίες συμπίεσης αερίου – όπως για παράδειγμα κάνουμε στις καταδυτικές φιάλες ή στις φιάλες που βλέπουμε στα νοσοκομεία και στα εργαστήρια – θα χρειαζόμασταν μια δεξαμενή όγκου ίσου με το 1/3 του αυτοκινήτου.
Στο συγκεκριμένο ευρωπαϊκό πρόγραμμα, οι ερευνητές από την Κρήτη προτείνουν σαν εναλλακτική λύση την χρήση πορωδών υλικών μέσα στην δεξαμενή, όπου στους πόρους τους μπορεί να προσροφηθεί το υδρογόνο, όπως σε ένα σφουγγάρι απορροφάται το νερό.
Συγκεκριμένα, προτείνουν τον σχεδιασμό και τη χρήση μέταλλο-οργανικών πλεγμάτων (Metal Organic Frameworks – MOFs) τα οποία είναι σύγχρονα πορώδη νανοδομημένα υλικά και έχουν δοκιμαστεί σε εφαρμογές αποθήκευσης αερίων. Διαθέτουν μεγάλη ενεργή επιφάνεια – αν μπορούσαμε να ξεδιπλώσουμε την επιφάνεια 1 gr μόνο αυτών των υλικών θα καλύπταμε ένα γήπεδο ποδοσφαίρου! Τα MOFs επέτρεψαν στους συνθετικούς χημικούς να σχεδιάζουν και να παρασκευάζουν στερεά με επιθυμητές ιδιότητες, “κομμένα και ραμμένα” για τις εκάστοτε επιθυμητές εφαρμογές (tailored materials).
Αρχικά η ομάδα του κ. Φρουδάκη, με την βοήθεια μεθόδων τεχνητής νοημοσύνης θα σχεδιάσει υλικά τύπου MOF, τα οποία θα έχουν τις επιθυμητές προδιαγραφές για αποθήκευση υδρογόνου.
Στη συνέχεια, τα πιο υποσχόμενα από αυτά υλικά αυτά θα συντεθούν στο εργαστήριο του κ. Τρικαλίτη και θα μετρηθεί η απόδοση τους σε εργαστηριακές συνθήκες.
Τέλος, τα καλύτερα από αυτά, θα προωθηθούν σε συνεργάτες που συμμετέχουν στο πρόγραμμα ώστε να παραχθούν σε μεγαλύτερη κλίμακα (scale up) και να τοποθετηθούν σε κατάλληλη δεξαμενή, η οποία θα έχει κατασκευαστεί.
Οι ερευνητές σημειώνουν πως «είναι πολύ σημαντικό ότι η χώρα μας και το Πανεπιστήμιο μας καλείται να παίξει έναν πολύ κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη τεχνολογιών υδρογόνου καθώς και ότι η ΕΕ εμπιστεύτηκε την 20ετή ερευνητική μας πορεία στον χώρο και μας επέλεξε για αυτήν την μεγάλη χρηματοδότηση. Στο πλαίσιο του έργου, θα εργαστούν ταλαντούχοι μεταπτυχιακοί και μεταδιδακτορικοί φοιτητές οι οποίοι θα αποκομίσουν σημαντικές γνώσεις τόσο στα εργαστήρια μας όσο και από τις συνεργαζόμενες ερευνητικές ομάδες του εξωτερικού. Ευελπιστούμε ότι η εμπειρία και η γνώση αυτή θα είναι παρακαταθήκη για ακόμα μεγαλύτερες επιστημονικές διακρίσεις.»