Γιατί το Υδρογόνο Μπορεί Να Παραμένει Το Καύσιμο Του Μέλλοντος

Το υδρογόνο θεωρείται εδώ και καιρό πιθανό καύσιμο του μέλλοντος. Μπορεί να αντικαταστήσει τα ορυκτά καύσιμα σε ορισμένες εφαρμογές, τόσο σε κυψέλες καυσίμου όσο και σε κατάλληλα σχεδιασμένους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Το κλιματικό όφελος εξαρτάται, μεταξύ άλλων, από την παραγωγή και τη μεταφορά του. Η έρευνα για φυσικό υδρογόνο και βιολογική παραγωγή σε εξαντλημένα πετρελαϊκά πεδία μπορεί μελλοντικά να διευρύνει την προσφορά.

Εταιρείες που αναπτύσσουν τεχνολογίες υδρογόνου

Οι ακόλουθες εταιρείες αναπτύσσουν κυψέλες καυσίμου υδρογόνου και συναφείς τεχνολογίες παραγωγής και κίνησης. Η Cummins εργάζεται επίσης σε κινητήρες εσωτερικής καύσης υδρογόνου.

Cummins Inc. (NYSE: CMI)

Η Cummins Inc. (CMI ), που ιδρύθηκε το 1919 και εδρεύει στο Κολόμπους της Ιντιάνα, είναι διεθνής προμηθευτής συστημάτων κίνησης και ενέργειας. Σχεδιάζει, κατασκευάζει, πωλεί και συντηρεί κινητήρες ντίζελ και εναλλακτικών καυσίμων, ηλεκτρικά και υβριδικά συστήματα κίνησης και συναφή εξαρτήματα. Το 2023 λειτουργούσε μέσω των τμημάτων Engine, Distribution, Components, Power Systems και Accelera, πρώην New Power.

Η Cummins επέκτεινε τις δραστηριότητές της σε πιο βιώσιμες ενεργειακές τεχνολογίες, με ιδιαίτερη έμφαση στο υδρογόνο. Τον Μάρτιο 2023 το τμήμα New Power απέκτησε την εμπορική ονομασία Accelera by Cummins και επικεντρωνόταν σε ηλεκτρικά συστήματα κίνησης, μπαταρίες, κυψέλες καυσίμου και ηλεκτρολύτες για την παραγωγή υδρογόνου.

Σημαντικό βήμα ήταν η εξαγορά της Hydrogenics Corporation το 2019, η οποία ενίσχυσε την τεχνολογία και την τεχνογνωσία της Cummins στις κυψέλες καυσίμου και την παραγωγή υδρογόνου.

Μέσω στρατηγικών συνεργασιών και επενδύσεων, η Cummins ενισχύει τη θέση της στην οικονομία του υδρογόνου. Αξιοποιεί την εμπειρία της σε συστήματα κίνησης και ενέργειας και στα εξαρτήματά τους, με στόχο να υποστηρίξει τη βιωσιμότητα και τη μείωση των εκπομπών.

Κεφαλαιοποίηση στην αρχική ανάλυση: 34,34 δισ. δολάρια

Δείκτης τιμής προς κέρδη (P/E): 13,73

Κέρδη ανά μετοχή (EPS): 17,74 δολάρια

Αυτά ήταν τα στοιχεία για την Cummins (CMI) που παρέθετε το αρχικό άρθρο του 2023. Η ανάλυση περιέγραφε την τότε επικρατούσα αξιολόγηση των αναλυτών ως «αγορά».

Plug Power Inc. (NASDAQ: PLUG)

Η Plug Power Inc. (PLUG ), που ιδρύθηκε το 1997 και εδρεύει στο Λάθαμ της Νέας Υόρκης, αναπτύσσει τεχνολογία κυψελών καυσίμου υδρογόνου. Σχεδιάζει, κατασκευάζει και διαθέτει συστήματα που παρέχουν ηλεκτρισμό σε ηλεκτροκινητήρες, μεταξύ άλλων σε οχήματα και εξοπλισμό εφοδιαστικής.

Τα συστήματα της Plug Power μπορούν να αντικαταστήσουν συμβατικές μπαταρίες σε ηλεκτροκίνητο εξοπλισμό, όπως τα περονοφόρα ανυψωτικά οχήματα αποθηκών και κέντρων διανομής. Στα προϊόντα της περιλαμβάνεται το GenDrive, σύστημα κυψέλης καυσίμου PEM με υδρογόνο για οχήματα διακίνησης υλικών.

Η Plug Power επέκτεινε επίσης τις δραστηριότητές της σε σταθερά ενεργειακά συστήματα, στόλους οχημάτων διανομής και πιθανές αεροπορικές εφαρμογές. Οι εξαγορές των United Hydrogen και Giner ELX το 2020 ενίσχυσαν τις δυνατότητές της στην παραγωγή υδρογόνου, την ηλεκτρόλυση, την υγροποίηση και τη διανομή.

Οι δραστηριότητες αυτές εντάσσονται στην προσπάθεια της Plug Power να αναπτύξει τεχνολογίες υδρογόνου και πιο βιώσιμα ενεργειακά συστήματα.

Κεφαλαιοποίηση στην αρχική ανάλυση: 7,09 δισ. δολάρια

Προβλεπόμενος δείκτης τιμής προς κέρδη για ένα έτος, όπως αρχικά αναφερόταν: −12,14

Κέρδη ανά μετοχή (EPS): −1,33 δολάρια

Αυτά ήταν τα στοιχεία για την Plug Power (PLUG) που παρέθετε το αρχικό άρθρο του 2023. Η ανάλυση περιέγραφε την τότε επικρατούσα αξιολόγηση των αναλυτών ως «ισχυρή αγορά».

Τι είναι το υδρογόνο;

Το υδρογόνο είναι το απλούστερο και πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν. Ένα ουδέτερο άτομό του έχει ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Υπό συνήθεις συνθήκες, το αέριο υδρογόνο αποτελείται από μόρια δύο ατόμων, H₂, και είναι άχρωμο, άοσμο και άγευστο.

Το υδρογόνο μπορεί να σχηματίζει δεσμούς με άλλα στοιχεία ή με ένα δεύτερο άτομο υδρογόνου. Στο H₂, τα δύο άτομα μοιράζονται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Η αντίδραση με οξυγόνο μπορεί να σχηματίσει νερό, H₂O. Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε τέτοιες αντιδράσεις το καθιστά χρήσιμο καύσιμο. Ωστόσο, το μοριακό υδρογόνο δεν αντιδρά από μόνο του γρήγορα με τον αέρα σε συνθήκες περιβάλλοντος· μπορεί να απαιτείται ανάφλεξη ή κατάλληλος καταλύτης.

Το υδρογόνο χρησιμοποιείται σε πολλούς βιομηχανικούς κλάδους και μπορεί να λειτουργήσει ως ενεργειακός φορέας. Μια κυψέλη καυσίμου με καθαρό υδρογόνο παράγει ηλεκτρισμό, με νερό και θερμότητα ως άμεσα προϊόντα της αντίδρασης.

Πώς χρησιμοποιείται ως καύσιμο;

Το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο με διάφορους τρόπους:

1. Κυψέλες καυσίμου: Η ηλεκτροχημική αντίδραση υδρογόνου και οξυγόνου παράγει ηλεκτρισμό, με νερό και θερμότητα ως άμεσα προϊόντα. Οι εφαρμογές εκτείνονται από την ηλεκτροδότηση κτιρίων έως την κίνηση ηλεκτρικών οχημάτων.
2. Κινητήρες εσωτερικής καύσης: Κατάλληλα σχεδιασμένοι κινητήρες μπορούν να καίνε υδρογόνο. Πρόκειται για διαφορετική διαδρομή από την κυψέλη καυσίμου, η οποία παράγει ηλεκτρισμό για έναν ηλεκτροκινητήρα. Η απόδοση εξαρτάται από τον σχεδιασμό και το φορτίο, ενώ οι κυψέλες καυσίμου μπορούν σε πολλές εφαρμογές να είναι αποδοτικότερες. Η καύση με αέρα μπορεί να σχηματίσει οξείδια του αζώτου.
3. Παραγωγή ηλεκτρισμού: Το υδρογόνο μπορεί να καεί σε κατάλληλο αεριοστρόβιλο για ηλεκτροπαραγωγή. Απαιτούνται προσαρμοσμένα συστήματα και έλεγχος της καύσης και των εκπομπών οξειδίων του αζώτου.
4. Αποθήκευση ενέργειας: Η πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια από αιολικές ή ηλιακές εγκαταστάσεις μπορεί να μετατραπεί σε υδρογόνο με ηλεκτρόλυση. Το υδρογόνο αποθηκεύεται και αξιοποιείται αργότερα, όταν η ζήτηση είναι υψηλή ή η ανανεώσιμη παραγωγή χαμηλή. Η μετατροπή, η αποθήκευση και η μετέπειτα χρήση συνεπάγονται ενεργειακές απώλειες.

Το βασικό πλεονέκτημα στο σημείο χρήσης είναι ότι το καθαρό υδρογόνο δεν περιέχει άνθρακα και η αντίδρασή του με οξυγόνο δεν παράγει CO₂ από το καύσιμο. Μια κυψέλη καυσίμου αποφεύγει επίσης τις εκπομπές καύσης. Η συνολική κλιματική επίδραση εξαρτάται όμως από την παραγωγή, την κατανάλωση ενέργειας, τη μεταφορά και πιθανές διαρροές· δεν είναι αυτομάτως μηδενική σε ολόκληρη την αλυσίδα.

Γιατί έχει σημασία το υδρογόνο ως καύσιμο;

Η μετάβαση στη χρήση του υδρογόνου ως καυσίμου είναι σημαντική για διάφορους λόγους:

1. Περιβαλλοντική επίδραση: Οι κυψέλες καυσίμου καθαρού υδρογόνου παράγουν τοπικά νερό και θερμότητα αντί για καυσαέρια. Εάν και η αλυσίδα παραγωγής και εφοδιασμού έχει χαμηλές εκπομπές, μπορούν να συμβάλουν στη μείωση των συνολικών εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.
2. Ενεργειακή ασφάλεια: Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί από διαφορετικές πρώτες ύλες, όπως νερό, φυσικό αέριο και βιομάζα, διευρύνοντας τις επιλογές εφοδιασμού. Η παραγωγή από φυσικό αέριο παραμένει ωστόσο εξαρτημένη από ορυκτή πρώτη ύλη και η κλιματική της επίδοση εξαρτάται από τη μέθοδο παραγωγής.
3. Ευελιξία χρήσεων: Το υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις μεταφορές, στη βιομηχανική θερμότητα και στην ηλεκτροπαραγωγή. Δεν είναι κάθε εφαρμογή εξίσου αποδοτική ή οικονομικά ελκυστική, αλλά η ευελιξία αυτή μπορεί να είναι πολύτιμη σε ένα βιώσιμο ενεργειακό σύστημα.

Υπάρχουν και προκλήσεις. Η παραγωγή μπορεί να απαιτεί πολλή ενέργεια, ενώ η αποθήκευση και η μεταφορά είναι τεχνικά απαιτητικές και χρειάζονται υποδομές. Επομένως, κόστος, απόδοση και εκπομπές πρέπει να αξιολογούνται σε όλη την αλυσίδα. Το δυναμικό του υδρογόνου το καθιστά πάντως σημαντικό πεδίο έρευνας και ανάπτυξης στην ενεργειακή μετάβαση.

Πηγές υδρογόνου

Στη Γη το υδρογόνο βρίσκεται κυρίως δεσμευμένο σε ενώσεις, όπως το νερό και οι υδρογονάνθρακες. Συνήθως παράγεται, για παράδειγμα με ηλεκτρόλυση ή μετατροπή φυσικού αερίου. Η έρευνα φυσικών συγκεντρώσεων δείχνει ότι μπορεί να υπάρχουν και γεωλογικές πηγές. Η παρουσία τους δεν σημαίνει ότι είναι παντού οικονομικά εκμεταλλεύσιμες.

Βιολογική παραγωγή σε εξαντλημένα πετρελαϊκά πεδία

Από τον δέκατο ένατο αιώνα έχουν διανοιχθεί πολλές πετρελαιοπηγές παγκοσμίως. Ακόμη και όταν η άντληση παύει να είναι οικονομικά βιώσιμη, μπορεί να παραμένει πετρέλαιο στον ταμιευτήρα. Ερευνητές και εταιρείες μελετούν νέες χρήσεις αυτών των θέσεων, μεταξύ άλλων για βιολογική παραγωγή υδρογόνου.

Η Cemvita, τότε γνωστή ως Cemvita Factory, περιέγραψε το 2022 δοκιμές με μικροοργανισμούς που αξιοποιούν υπολειπόμενους υδρογονάνθρακες σε εξαντλημένα πετρελαϊκά πεδία για να παράγουν υδρογόνο. Η βιολογική μετατροπή πραγματοποιείται μέσω ενζυμικών διεργασιών στους μικροοργανισμούς. Η εταιρεία χρησιμοποιεί την εμπορική ονομασία «Gold Hydrogen» για αυτή την προσέγγιση.

Φυσικές συγκεντρώσεις υδρογόνου

Εκτός από τη βιολογική παραγωγή σε πετρελαϊκά πεδία, ερευνώνται φυσικές γεωλογικές πηγές. Τα τελευταία χρόνια έχουν υπάρξει ανακαλύψεις υδρογόνου στο υπέδαφος και ενδείξεις για πιθανές φυσικές συγκεντρώσεις υδρογόνου. Στις χώρες όπου έχουν αναφερθεί ή μελετηθεί τέτοια φαινόμενα περιλαμβάνονται:

• Αυστραλία
• Καναδάς
• Γαλλία
• Γερμανία
• Ιαπωνία
• Ρωσία
• Νέα Ζηλανδία

Οι ερευνητές εξακολουθούν να μελετούν πώς σχηματίζεται το υδρογόνο, πόσο υπάρχει, ποιο μέρος του είναι ανακτήσιμο και ποιες περιβαλλοντικές επιπτώσεις θα είχε η εκμετάλλευση. Η παρουσία υδρογόνου δεν ισοδυναμεί με αποδεδειγμένο εμπορικά εκμεταλλεύσιμο απόθεμα. Οι γεωλογικές πηγές θα μπορούσαν να διευρύνουν την προσφορά, αλλά η συμβολή τους χρειάζεται περαιτέρω διερεύνηση.

Συμπέρασμα

Το υδρογόνο παραμένει μια ελπιδοφόρα επιλογή για τη μείωση της χρήσης ορυκτών καυσίμων σε ορισμένες εφαρμογές. Οι φυσικές πηγές και η βιολογική παραγωγή σε πετρελαϊκά πεδία θα μπορούσαν μελλοντικά να προσφέρουν νέες ποσότητες. Εάν αποδειχθούν τεχνικά, οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμες, μπορούν να βελτιώσουν το κόστος και τη διαθεσιμότητα, υποστηρίζοντας και την ανάπτυξη εφαρμογών από εταιρείες όπως η Cummins και η Plug Power.