Αποθήκευση Υδρογόνου – Είναι το Καυσίμιο Jet Βάσει Λιγνίνης η Απάντηση;

Κάνοντας το Υδρογόνο να Λειτουργήσει

Η ηλεκτροποίηση με μπαταρίες ενδέχεται να μην είναι αρκετή για να αντικαταστήσει τα ορυκτά καύσιμα στις μεταφορές, ιδιαίτερα στη ναυτιλία και την αεροπορία. Το ίδιο ισχύει για βιομηχανικές διεργασίες που απαιτούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Ακόμη και με τις πρόσφατες βελτιώσεις στην τεχνολογία των μπαταριών, η αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας είναι δύσκολη χωρίς βαριές ή υπερβολικά μεγάλες μπαταρίες.

Μια εναλλακτική που εξετάζεται εδώ και πολύ καιρό είναι το υδρογόνο. Καθώς το πράσινο υδρογόνο μπορεί να παραχθεί από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, θα ήταν ένας καλός τρόπος να μετατραπεί η πράσινη ενέργεια σε πυκνό υγρό καύσιμο.

Ωστόσο, το πράσινο υδρογόνο έχει μείνει πίσω από άλλες πράσινες λύσεις για 2 λόγους: η παραγωγή του υδρογόνου είναι ακριβή και η αποθήκευσή του είναι δύσκολη.

Το ζήτημα της παραγωγής αντιμετωπίζεται από πολλές οπτικές, απομακρυνόμενοι από την συνηθισμένη ηλεκτρόλυση του νερού, όπως, για παράδειγμα, τεχνητή φωτοσύνθεση, μικροκύματα & οξείδιο του σερίου, ή ηλεκτρόλυση με νικέλιο, χρησιμοποιώντας μεταλλικό σπασίλ.

Η αποθήκευση είναι ένα πιο δύσκολο ζήτημα, καθώς το υδρογόνο είναι πολύ ευμετάβλητο, εύφλεκτο και δύσκολο να περιοριστεί, καθώς είναι το μικρότερο δυνατό άτομο. Γι’ αυτό είναι σημαντικό ότι οι επιστήμονες μπορεί να έχουν κάνει μια σημαντική πρόοδο σε αυτό το θέμα.

The researchers working at the Washington State University, Pacific Northwest National Laboratory, University of New Haven, and Natural Resources Canada have published their results in the International Journal of Hydrogen Energy, under the title “Εντός-θέσης αποδεϋδρογόνηση καυσίμου jet βάσει λιγνίνης: Μια καινοτόμος και βιώσιμη υγρή οργανική φορέας υδρογόνου”¹.

Αποθήκευση & Μεταφορά Υδρογόνου

Το αέριο υδρογόνο είναι ένα από τα μικρότερα μόρια του Σύμπαντος, αποτελούμενο μόνο από δύο από τα ελαφρύτερα άτομα του περιοδικού πίνακα. Ως αποτέλεσμα, τείνει να έχει ορισμένα χαρακτηριστικά ακατάλληλα για φορέα ενέργειας:

• Χαμηλή πυκνότητα.
• Ευμετάβλητο και εύφλεκτο.
• Δύσκολο να περιοριστεί, καθώς διαρρέει μεταξύ των μοριακών δεσμών του δοχείου του.

Όλες αυτές οι πτυχές του υδρογόνου τείνουν να κάνουν την αποθήκευση και τη μεταφορά του ακριβές και τεχνικά πολύπλοκες.

Η τάση να αντιδρά με το χάλυβα και να τον κάνει εύθραυστο δεν βοηθά επίσης, καθώς συνεπάγεται την ανάγκη για εξειδικευμένο αγωγό υδρογόνου για μακροχρόνια μεταφορά, αντί του φθηνότερου δικτύου αγωγών που χρησιμοποιείται για το φυσικό αέριο.

Μια ιδέα για την αποφυγή αυτών των προβλημάτων είναι να μετατρέψουμε το υδρογόνο σε αμμωνία, ένα υγρό καύσιμο πολύ πιο εύκολο στη διαχείριση. Ωστόσο, αυτό μειώνει τη συνολική απόδοση της διαδικασίας. Μια οικονομία αμμωνίας θα χρειαστεί επίσης τη δική της υποδομή που θα πρέπει να κατασκευαστεί από το μηδέν.

Καύσιμο Βάσει Λιγνίνης

Μια νέα εναλλακτική που πρότειναν οι ερευνητές είναι η χρήση ενός πειραματικού καυσίμου βασισμένου στη λιγνίνη, ένα οργανικό πολυμερές που βρίσκεται στα φυτά. Το καύσιμο αναπτύχθηκε στο εργαστήριο του Pr Bin Yang και αναλύθηκε με πυρηνική μαγνητική αντήχηση (NMR) στο Pacific Northwest National Laboratory.

Πηγή: Washington State University

Αυτό είχε προηγουμένως αναπτυχθεί και αποδείχθηκε ότι τα φυτικά απόβλητα από τη γεωργία θα μπορούσαν να μετατραπούν σε βιώσιμο καύσιμο αεροπλάνων. Αυτό το μίγμα καυσίμου ήταν επίσης πιο ενεργειακά πυκνό από τα προϊόντα που βασίζονται σε ορυκτά καύσιμα, και μείωνε επίσης τη ρύπανση αντικαθιστώντας τα αρωματικά μόρια (κυκλώματα άνθρακα) που συνήθως προστίθενται στο καύσιμο αεροπλάνων.

Πηγή: International Journal of Hydrogen Energy

Καύσιμο Λιγνίνης που Μεταφέρει Υδρογόνο

Η νέα έρευνα απέδειξε ότι αυτό το βιώσιμο καύσιμο αεροπλάνων με βάση τη λιγνίνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως φορέας υδρογόνου, χωρίς να απαιτούνται χημικές αλλαγές που σπαταλούν ενέργεια όπως στην παραγωγή αμμωνίας.

Λειτουργεί με το να επιτρέπει στο καύσιμο jet λιγνίνης (LJF) να απελευθερώνει τα άτομα υδρογόνου που περιέχει (μονο-, δι- και τρικυκλοεξυλικοαλκάνια) όταν εκτίθεται σε νανοσωματίδια πλατίνας πάνω σε κρυσταλλικό αλουμινοσιλικό.

Οι ερευνητές ονόμασαν αυτή τη διαδικασία Φορέας Υγρού Οργανικού Υδρογόνου Βασισμένος σε Καύσιμο Jet Λιγνίνης (LJF-HyC).

Το τμήμα του καυσίμου jet λιγνίνης που μεταφέρει υδρογόνο εκτιμήθηκε με πυρηνική μαγνητική αντήχηση (NMR) να αντιπροσωπεύει το 18,5% του συνόλου.

“Αυτή η νέα τεχνολογία, βασισμένη σε καύσιμο jet λιγνίνης, θα μπορούσε να επιτρέψει αποδοτική, υψηλής πυκνότητας αποθήκευση υδρογόνου σε ένα εύχρηστο βιώσιμο καύσιμο αεροπλάνων, εξαλείφοντας την ανάγκη για πιεστικούς δεξαμενές για αποθήκευση και μεταφορά.”

Pr. Bin Yang – Professor at Washington State University

Χρήση Υφιστάμενης Υποδομής

Αυτό που καθιστά αυτή τη διαδικασία ενδιαφέρουσα είναι ότι υπάρχει ήδη μια τεράστια υποδομή για τη μεταφορά καυσίμου jet και άλλων παρόμοιων υγρών καυσίμων. Έτσι, αντί να προσπαθούμε να αποθηκεύσουμε και να μεταφέρουμε καθαρό υδρογόνο, το LJF θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μεταφορά υδρογόνου από το σημείο Α στο σημείο Β.

Θα μπορούσε επίσης εύκολα να χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση υδρογόνου, καθώς η αποθήκευση καυσίμου jet είναι κοινώς χρησιμοποιούμενη και οικονομική.

“Αυτή η καινοτομία προσφέρει υποσχόμενες ευκαιρίες για συμβατότητα με την υπάρχουσα υποδομή και οικονομική βιωσιμότητα για κλιμακώσιμη παραγωγή.

Μπορεί να βοηθήσει στη δημιουργία ενός συνεργιστικού συστήματος που ενισχύει την αποδοτικότητα, την ασφάλεια και τα οικολογικά οφέλη τόσο του βιώσιμου καυσίμου αεροπλάνων όσο και των τεχνολογιών υδρογόνου.

Pr. Bin Yang – Professor at Washington State University

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι ο σχεδιασμός ενός καταλύτη με τεχνητή νοημοσύνη που ενισχύει και ολοκληρώνει τις αντιδράσεις υδρογονοποίησης, καθιστώντας τες πιο αποδοτικές και οικονομικές.

Εταιρεία Υδρογόνου

Η Plug Power (PLUG ) είναι ηγέτης στο πράσινο υδρογόνο, με έμφαση στις κυψέλες καυσίμου. Σημαντικό είναι ότι οι κυψέλες της τροφοδοτούν πάνω από 40.000 ανελκυστήρες, με έσοδα που έχουν αυξηθεί 8 φορές από το 2013. Επίσης, είναι ενεργή στην κατασκευή υποδομής υδρογόνου όπως παραγωγή υδρογόνου, εφοδιαστική αλυσίδα, παραγωγή ενέργειας κλίμακας κοινής ωφέλειας και παραδόσεις.

Πηγή: Plug Power

Η εταιρεία στοχεύει στην κλίμακα για να μειώσει το κόστος παραγωγής από $10/kg σε $4/kg, ενώ θα πολλαπλασιάσει την παραγωγή κατά 14 φορές το 2027.

Πηγή: Plug Power

Λόγω τεράστιων επενδύσεων για την αύξηση της παραγωγικής ικανότητας 19 φορές από το 2020, η εταιρεία δεν είναι ακόμη κερδοφόρα. Αυτό οδήγησε σε σχεδόν διπλασιασμό των εσόδων από την αρχή μέχρι το τέλος του 2023. Η πλειονότητα της τρέχουσας και προβλεπόμενης δραστηριότητας αναμένεται να προέρχεται από τη Βόρεια Αμερική.

Η εταιρεία θεωρεί τις λύσεις της είτε ως άμεσο καύσιμο κινητικότητας είτε ως συμπλήρωμα στα ηλεκτρικά οχήματα, καθώς το υδρογόνο επιτρέπει τη μείωση της πίεσης στο δίκτυο κατά τις ώρες αιχμής φόρτισης των EV, που δεν ταιριάζει με τις ώρες παραγωγής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Πηγή: Plug Power

Ως μεγάλος παραγωγός κυψελών καυσίμου, η Plug Power θα ωφεληθεί σημαντικά από μια στροφή προς μια οικονομία βασισμένη στο υδρογόνο. Η εμφάνιση ενός φθηνού και ασφαλούς φορέα υδρογόνου θα βελτιώσει ριζικά την οικονομική βιωσιμότητα της χρήσης του υδρογόνου ως πηγή ενέργειας.

Έτσι, η Plug Power αποτελεί ένα καλό μετοχικό επενδυτικό αντικείμενο για να στοιχηματίσει κανείς σε μια στροφή προς το υδρογόνο γενικά, με αύξηση της ζήτησης για τις κυψέλες καυσίμου της κάθε φορά που εφευρίσκεται μια φθηνότερη μέθοδος παραγωγής, αποθήκευσης ή μεταφοράς του υδρογόνου.

Αναφορά Μελέτης:

^{1. Andrew S. Lipton et al. (2025) Εντός-θέσης αποδεϋδρογόνηση καυσίμου jet βάσει λιγνίνης: Μια καινοτόμος και βιώσιμη υγρή οργανική φορέας υδρογόνου. International Journal of Hydrogen Energy Volume 98, 13 Ιανουάριος 2025, Pages 1275-1282}