Tune it Part 34: Κινητήρες Υδρογόνου

Επειδή το δικό μας κλίμα φαίνεται ότι λόγω ιδιοσυγκρασίας των… ιθαγενών κατοίκων σηκώνει πολλά αλλά και χοντρά παραμύθια -ασχέτως ζέστης-, είπα σήμερα να ξεφύγουμε και να το παίξουμε πιο light από τα κλασικά τεχνικά θέματα. Να βολτάρουμε λίγο στη χώρα της φαντασίας, πάλι όμως με αυτοκινητικό περιεχόμενο, φυσικά.Πολλοί συνωμοσιολόγοι πιστεύουν ότι οι επτά μεγάλες αδελφές (εταιρείες πετρελαίων) αγοράζουν κατά καιρούς και εξαφανίζουν με κάθε θεμιτό και αθέμιτο τρόπο, οποιονδήποτε και οτιδήποτε θα μπορούσε να απειλήσει ή να διαταράξει έστω και κατ’ ελάχιστο τις πωλήσεις πετρελαίου ανά την υφήλιο, οποιαδήποτε, δηλαδή, αλλαγή του ενεργειακού status quo. Μια κατά τους αλαφροΐσκιωτους τέτοια περίπτωση θέλω να δούμε σήμερα. Κατά καιρούς θα έχουμε όλοι ακούσει ότι έχουν γίνει προσπάθειες να δουλέψουν τα αυτοκίνητα με… νερό. Είναι μια ιστορία που δεν θα πεθάνει ποτέ γιατί αντιλαμβάνεστε όλοι για τι οικονομικές/οικολογικές συνέπειες μιλάμε! Για να το δούμε πιο κοντά, υπάρχει καμία βάση στο όνειρο ή πρόκειται καθαρά για μπουρδολογία?

Technical Bullshit!

Από καθαρά τεχνική σκοπιά, η πρώτη και γρήγορη απάντηση είναι: τρίχες! Η όλη ιδέα είναι αντίθετη με μερικούς νόμους της Φυσικής, αλλά συνεχίζει να επιζεί μόνο και μόνο για την ελπίδα από το μηδαμινό κόστος που θα είχε ΑΝ δούλευε! Παίζονται, όμως, τόσα εκατομμύρια στην πιθανολογία μήπως και γίνει κάτι, που η τελευταία προσπάθεια προ διετίας περίπου έγινε στο… Πακιστάν –έλα, έλα, να λείπουν τα σχόλια για τον Μιτσάκο τον… «Γκολφίδη»! Αυτή είναι η τελευταία προσπάθεια από τις πολλές, που ξεκίνησαν το μακρινό πια 1916 στην Αμέρικα. Οι περισσότερες, βέβαια, από αυτές δεν είχαν τόσο αγαθά κίνητρα, αποσκοπώντας να τα πάρουν χοντρά από όσο το δυνατόν περισσότερους επίδοξους επενδυτές που και αυτοί ονειρεύονταν αστρονομικά κέρδη! Ας πάρουμε, όμως, τα πράγματα από την αρχή.Ο πρώτος που υποστήριξε τη δυνατότητα λειτουργίας μηχανής αυτοκινήτου με νερό ήταν ο αμερικανός Louis Enricht. Το 1916, κατά τη διάρκεια του Α’ Παγκοσμίου Πολέμου και σε ηλικία 70 ετών ανακοίνωσε ότι ανέπτυξε ένα πολύ φθηνό χημικό μαντζούνι, που όταν το ανακάτευε με το νερό γινόταν καύσιμο. Παρουσίασε την εφεύρεσή του στον Τύπο της εποχής, προτρέποντας τους ρεπόρτερ να ψάξουν για κρυμμένα ρεζερβουάρ στο αυτοκίνητο και ύστερα ζήτησε να φέρουν έναν κουβά νερό. Στον κουβά έριξε ένα πρασινωπό υλικό και αφού το ανακάτεψε, το έβαλε με χωνί στο ρεζερβουάρ. Το αυτοκίνητο πήρε μπροστά και δούλεψε, με την εξάτμιση να μυρίζει κάπως σαν πικραμύγδαλο. Φυσικό ήταν η παρουσίαση να προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον και άρχισε να μαζεύει και χρήμα. Το επισκέφθηκε μάλιστα και ο Henry Ford και οι επενδύσεις στην εφεύρεσή του έφθασαν αρκετά εκατομμύρια δολάρια! Κάποιος τραπεζίτης, μάλιστα, που επένδυσε $100.000 με υπόσχεση για άλλα $900.000 παρέλαβε μαζί και ένα κλειστό φάκελο με το χημικό τύπο -όπως του είπαν. Αποκαλύφθηκε αργότερα ότι ο φάκελος περιείχε μερικά κρατικά ομόλογα χαμηλής αξίας… Ο Enricht, βέβαια, ήταν απάτη και τα χρήματα που έβγαλε τα έπαιξε στο καζίνο σαν καλός τζογαδόρος που ήταν. Τελικά, το υλικό που χρησιμοποιούσε στις επιδείξεις του ήταν μίγμα ασετιλίνης και κυανίου -το δεύτερο το έβαζε για να διαμορφώσει κάπως τη μυρουδιά. Μπορεί το μοτέρ να δουλέψει για κάποιο μικρό διάστημα με νερό και ασετιλίνη αλλά με πολλή μεγάλη διάβρωση και φθορά. Και το χειρότερο? Κόστιζε περισσότερο από τη βενζίνη! Ο τζογαδόρος φίλος μας -αντίθετα απ’ ό,τι έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε στην Ελλάδα- καταδικάσθηκε για απάτη και έκανε εφτά χρόνια διακοπές σε… Korydallo! Αυτό, βέβαια, δεν πτόησε τους επίδοξους εφευρέτες παρόμοιων συστημάτων.

Ύστερα από την ιστορία του Enricht, οι επόμενοι… αλχημιστές βάσιζαν τις θεωρίες τους σε κάποια μορφή παραγωγής υδρογόνου με τη μέθοδο της ηλεκτρόλυσης -μην παίρνετε φόρα με τα gadgets που έχουν βγει τα τελευταία χρόνια… Όπως όλες οι καλές απάτες, υπάρχει κάποια αλήθεια και στην τεχνική αυτή. Ναι, το νερό περιέχει υδρογόνο και το αέριο αυτό καίγεται και εκρήγνυται, πολλές φορές με τραγικά φαντασμαγορικό τρόπο, όπως το τεράστιο αερόπλοιο Hindenburg το 1937. Το βασικό πρόβλημα, όμως, στην περίπτωσή μας είναι ότι για την αφαίρεση του υδρογόνου από το νερό, χρειάζεται περισσότερη ενέργεια από αυτή που θα πάρουμε καίγοντας το αέριο! Αυτό είναι αξίωμα και δεν γίνεται αλλιώς. Η ενέργεια δεν δημιουργείται και δεν καταστρέφεται αλλά μπορεί να σπαταληθεί, συνήθως ως θερμότητα. Η παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση ακολουθεί αυτόν τον κανόνα, όντας 50-80% αποδοτική στην καλύτερη περίπτωση. Οι… χαζοί, όμως, νόμοι της Θερμοδυναμικής δεν μπορούν να αποθαρρύνουν τους επίδοξους επιχειρηματίες και στο τέλος της δεκαετίας του ’70, ο εφευρέτης (!) Sam Leslie Leach υποστήριξε ότι με κάποιο «μυστικό» καταλύτη (οξείδιο του μαγγανίου, όπως αποδείχθηκε) μπορούσε να βγάλει υδρογόνο και περισσότερη ενέργεια από το νερό! Κανονίστηκε μάλιστα να γίνει μια επίσημη δοκιμή σε ένα Plymouth Horizon 1.700cc του ’80. Τον πίστεψε πολύς κόσμος, συμπεριλαμβανομένου και του έγκριτου περιοδικού Motor Trend, που έγραψε τα εξής το 1982: Η οικονομική ανάλυση χρήσης υδρογόνου αντί βενζίνης στις ΜΕΚ (μηχανές εσωτερικής καύσης) έχει ήδη αποδείξει ότι είναι πιο αποδοτική από την περίπτωση της βενζίνης. Όπως, όμως, γνωρίζουν οι αναγνώστες μας, υπάρχουν και άλλα ζητήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη στο θέμα των εναλλακτικών καυσίμων. Ίσως το βασικότερο είναι η διαθεσιμότητα του υδρογόνου, κάτι που μας φέρνει στην τεχνική του Leach. Με απίστευτο τρόπο και μέσω μιας εξώθερμης αντίδρασης, παράγει υδρογόνο από απιονισμένο νερό. Εφόσον εκλύεται θερμότητα κατά τη θερμοχημική/φωτοχημική αντίδραση, η απελευθέρωση περισσότερης θερμότητας από την απαραίτητη για έναρξη και διατήρηση της παραγωγής υδρογόνου έχει ως αποτέλεσμα αποδοτικότητα περισσότερη από 100%. Μετρήσεις από ανεξάρτητη εταιρεία έδειξαν αποδόσεις από 143 έως πάνω από 200%, πράγμα που προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον στην επιστημονική/ακαδημαϊκή κοινότητα. Τι έκανε, λέει? Απόδοση 200%? Αυτό δεν είναι «ενδιαφέρον» αλλά… τούβλο ολκής! Καμιά φορά κάνουμε και καμιά παρανομία αλλά κανένα λαμόγιο δεν μπορεί να αλλάξει φυσικούς νόμους και τον κανόνα διατήρησης της ενέργειας -ούτε ακόμα και έλληνας πολιτικός! Είναι να απορεί κανείς πώς ένα τέτοιο ιστορικό περιοδικό έγραψε τέτοιες χοντράδες! Ο κ. Leach, όμως, πούλησε την «εφεύρεσή» του και ο αγοραστής της έδωσε μεγάλη δημοσιότητα που είχε αποτέλεσμα η μετοχή της εταιρείας να πενταπλασιασθεί σε αξία μέσα σε μερικούς μήνες! Όπως ήταν αναμενόμενο, η ιστορία έφτασε στα δικαστήρια και πληρώθηκαν σχεδόν κάποια πέντε μύρια δολάρια σε αγωγές! Το πιο ωραίο είναι ότι ο αγοραστής του Leach ήταν τόσο ευχαριστημένος από την «εφεύρεση» και εκτιμούσε τόσο τον Leach ώστε του αγόρασε ως δώρο ένα τεράστιο σπίτι στο Pebble Beach (πολύ high γειτονιά) και δυο (ναι, δυο) Rolls Royce -οι οποίες, όμως, ήταν βενζινοκίνητες! Ποιος ήταν ο γενναιόδωρος αγοραστής? Μα ο Morris Merkin, ο ιδρυτής της Budget-Rent-a-Car. Ίσως ο Leach να ήταν παραμύθι αλλά μάλλον πίστευε ότι δουλεύει το μαραφέτι του -για την εφεύρεση μιλάω… Πάντως, ο μηχανισμός φαινόταν πραγματικά πολύπλοκος με βαλβίδες, μοχλούς, σωληνάκια, καλώδια, ό,τι να ’ναι.

Pay it forward

Τα σκήπτρα από τον Leach φαίνεται να πήρε το 2012 ο πακιστανός μηχανικός Agha Waqar Ahmed. Εδώ έχουμε μια περίπτωση αλτρουιστή μηχανικού που ονειρεύτηκε να απαλλάξει τη χώρα του από τα ενεργειακά προβλήματα που ταλαιπωρούν χρόνια τώρα τους συμπατριώτες του. Ο κύριος αυτός με τα πέντε παιδιά λοιπόν, εξόπλισε το μικρό Suzuki του με ένα μαγικό μηχανισμό που φαινομενικά παράγει υδρογόνο χρησιμοποιώντας την μπαταρία του αυτοκινήτου για την απαιτούμενη ενέργεια. Αυτήν τη φορά, πλησιάζουμε στα κιτάκια που πολλοί έχετε δει στην αγορά. Ο Agha, όμως, υποστήριζε ότι το δικό του εργαλείο πήγαινε 35-40 χιλιόμετρα με ένα λίτρο νερού και ότι ναι, η όλη ιστορία βασίζεται στην ηλεκτρόλυση του νερού και έκλυση/δέσμευση του υδρογόνου που γίνεται καύσιμο. Εδώ το πράγμα σοβαρεύει, γιατί, μην ξεχνάτε, βρισκόμαστε στο Πακιστάν… Πάει, λοιπόν, και παρουσιάζει το σύστημα σε κρατικούς φορείς και παίρνει έγκριση για ανάπτυξη! Η επιστημονική κοινότητα διχάζεται και παίζει μπουνιές, με τους μισούς να τον υποστηρίζουν και τους υπόλοιπους να τραβάν τα μαλλιά τους! Διάφοροι υπουργοί προτείνουν τη χρηματοδότησή του για να σωθεί επιτέλους η χώρα από τα ενεργειακά αδιέξοδα! Σε πολλές τηλεοπτικές εκπομπές γίνεται μύλος, με τους επιστήμονες να τσακώνονται υπέρ και κατά… Το περίεργο είναι ότι μόνο λίγοι από τους εμπλεκόμενους εννοούσαν να καταλάβουν ότι τέτοια «επανάσταση» καταργεί τους νόμους της Θερμοδυναμικής, πράγμα που από μόνο του ακυρώνει τις όποιες καλές προθέσεις του πολύτεκνου και των ανεγκέφαλων υποστηρικτών του.

Για να τελειώνουμε με την ιστορία της ηλεκτρόλυσης για παραγωγή αερίων -υδρογόνου/οξυγόνου- θέλω να αναφέρω ότι η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται σε πυρηνικά υποβρύχια για την παραγωγή οξυγόνου. Για να λειτουργήσει, όμως, χρειάζεται τεράστια ποσά ηλεκτρικής ενέργειας, που φυσικά παίρνει από τον αντιδραστήρα. Η δυνατότητα παραγωγής οξυγόνου είναι και ο λόγος που μπορούν να μένουν σε κατάδυση για μήνες αν χρειαστεί. Είναι μη αποδοτική μετατροπή και αυτό ισχύει και για τις «γεννήτριες υδρογόνου» της αγοράς που κυκλοφορούν για τα αυτοκίνητα. Θα είχα μεγάλη περιέργεια για ένα τέτοιο τεστ υπό ελεγχόμενες συνθήκες και με όργανα μέτρησης, για να αποδειχθεί αν και πόσο υδρογόνο παράγεται και, το πιο σημαντικό, με πόσο ενεργειακό κόστος στο ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου. Για να δούμε, μήπως η ενέργεια που «τρώει» είναι μεγαλύτερη από αυτή που αποδίδει? Αυτό είναι το ερώτημα! Αφού με το σκέτο νερό δουλειά δεν γίνεται, ας προχωρήσουμε ένα λογικό βήμα πιο πέρα για να δούμε πώς πραγματικά λειτουργεί ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης (ΚΕΚ) με ένα από τα συστατικά του και συγκεκριμένα το υδρογόνο. Εδώ δεν υπάρχουν ισχυρισμοί-παραμύθια και ενεργοβόρα ηλεκτρόλυση, αλλά με μερικές απαραίτητες μετατροπές τα μοτέρ όπως τα ξέρουμε μπορούν να λειτουργήσουν με υδρογόνο.

Industry Struggle

Με το καθαρό αυτό καύσιμο έχουν ξεκινήσει τα πειράματα πριν από 200 περίπου χρόνια και στα δικά μας χρόνια, αρκετές εταιρείες έκαναν πετυχημένες δοκιμές με αξιοσημείωτα μοντέλα. Το Hydrogen 7 της BMW, για παράδειγμα, έπιασε τελική 301km/h στις δοκιμές και η Aston Martin Rapide S είναι το πρώτο αγωνιστικό αυτοκίνητο που τερμάτισε τις 24 ώρες του Nurburgring με καύσιμο το υδρογόνο! Στην περίπτωση της καύσης υδρογόνου στον ΚΕΚ, έχουμε μάλιστα και παραγωγή… νερού, με το συνδυασμό του υδρογόνου με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας, που παίρνει βέβαια κι αυτό μέρος στην καύση, και για να θυμηθούμε λίγο τη Χημεία, η αντίδραση είναι:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

Οι βασικές διαφορές μεταξύ ενός ΚΕΚ υδρογόνου και ενός κλασικού με βενζίνη εντοπίζονται στις πιο σκληρές σε υλικό έδρες και βαλβίδες, πιο ανθεκτικές μπιέλες, μεγαλύτερη τάση πολλαπλασιαστή, μπεκ για αέριο αντί υγρό, διαφορετικό υλικό φλάντζας κεφαλής και χρήση λιπαντικού με αντοχή σε μεγάλες θερμοκρασίες, μεταξύ άλλων. Έχει υπολογιστεί ότι με όλες τις απαραίτητες μετατροπές, το μοτέρ υδρογόνου κοστίζει περίπου 50% περισσότερο από αυτό της βενζίνης. Το κύριο, βέβαια, ερώτημα τώρα είναι… τι άλογα βγάζει, μάστορα, το υδρογόνο? Σε μορφή άμεσου ψεκασμού βγάζει περίπου 20% περισσότερο από ένα βενζινοκινητήρα -όχι και άσχημα, έτσι? Από κατανάλωση, όμως, δεν πάει και τόσο καλά το υδρογόνο, καθότι αποδίδει 10,1MJ ενέργεια ανά λίτρο, έναντι 34,6MJ της βενζίνης. Τα αυτοκίνητα με κυψέλες καυσίμου (fuel cells) είναι πολύ πιο οικονομικά στην κατανάλωση, τουλάχιστον όπως έχει μέχρι σήμερα η τεχνολογία, αλλά αυτά δεν έχουν ΚΕΚ, είναι άλλη ιστορία. Και για να ξενερώσετε τελείως, το μεγαλύτερο εμπόδιο στη διάδοση των αυτοκινήτων με υγρό υδρογόνο είναι η… ανυπαρξία σημείων ανεφοδιασμού! Πριν από μερικά χρόνια ήταν μόνο μερικές δεκάδες σε όλο τον κόσμο! Δεν είναι καθόλου εύκολη και ασφαλής η διαχείριση υγρού υδρογόνου… Απαιτεί πολλές γνώσεις, ακριβές εγκαταστάσεις και αυστηρότατα μέτρα ασφάλειας. Το άλλο θέμα βέβαια είναι πόσο κοστίζει η παραγωγή υδρογόνου, η οποία μέχρι τώρα δεν είναι καθόλου φθηνή υπόθεση. Βλέπουμε, λοιπόν, ότι πρέπει να ξεπεραστούν αρκετά εμπόδια μέχρι να βγει η τεχνολογία αυτή από τα εργαστήρια και να φτάσει στους δρόμους… Θέλετε πάραυτα να δείτε και ποια αυτοκίνητα έχουν κυκλοφορήσει με ΚΕΚ υδρογόνου, έστω και δοκιμαστικά?

BMW

2002 – BMW 750hl με διπλό σύστημα ΚΕΚ βενζίνης/υδρογόνου

2007 – Hydrogen 7 με διπλό σύστημα ΚΕΚ βενζίνης/υδρογόνου

2007 – BMW H2R για ρεκόρ ταχύτητας, ΚΕΚ υδρογόνου

Ford (USA)

2006 – F-250 Super Chief

2006 – Ford E-450 H2ICE 12θέσιο Λεωφορείο ΚΕΚ V10 υδρογόνου με υπερσυμπιεστή

Mazda

1991 – Mazda HR-X ΚΕΚ υδρογόνου Wankel

1993 – Mazda HR-X2 ΚΕΚ υδρογόνου Wankel

1993 – Mazda MX-5 Miata ΚΕΚ υδρογόνου Wankel

2003 – Mazda RX-8 Hydrogen RE ΚΕΚ βενζίνης/υδρογόνου Wankel

2007 – Premacy Hydrogen RE ΚΕΚ βενζίνης/υδρογόνου

Φτάνει, λοιπόν, για σήμερα. Άντε τώρα για κάνα μπάνιο γιατί κυκλοφορούν τα ωραία… ergalia sto paralia, κι εσείς βγάζετε τα μάτια σας με το POWER!