Το Κλίμα και το...Κρίμα

"Το κλίμα της Γης έχει αλλάξει!"

Πόσες φορές δεν το έχουμε ακούσει αυτή τη φράση, είτε σε επιστημονικές εκπομπές, είτε από απλούς ανθρώπους που εκφράζουν την προσωπική εμπειρία τους.

Τι σημαίνει όμως αλλαγή του κλίματος, πώς αυτή εκδηλώνεται και το κυριότερο, τι συνέπειες θα έχει για το μέλλον?

Το "κλίμα" είναι αυτό που βιώνουμε σαν τη μακροχρόνια ατμοσφαιρική δραστηριότητα και μεταβολή, και εκφράζεται με τη θερμοκρασία, υγρασία, άνεμο, αέρια, ακτινοβολία κλπ, σε αντίθεση με τον "καιρό" που είναι η βραχυχρόνια μεταβολή των πιο πάνω παραγόντων.

Καθώς η ατμόσφαιρα περιβάλλει όλη τη Γη και ο αέρας, σαν αέριο ή σωστότερα μίγμα αερίων είναι πολύ εύκολο να μετακινηθεί, το σύστημα της ατμόσφαιρας είναι πολύ ευαίσθητο ακόμα και σε μικρές ή τοπικές μεταβολές.

Γι’ αυτό και χρησιμοποιείται συχνά σαν παράδειγμα εφαρμογής της θεωρίας του Χάους, όπου μια μικρή τοπική μεταβολή μπορεί μετά από αρκετό χρονικό διάστημα και σε μεγάλη απόσταση να προκαλέσει μια σημαντική διαταραχή, το γνωστό δηλαδή (αν και υπερβολικό) παράδειγμα της πεταλούδας, που η κίνηση των φτερών της μπορεί να γίνει αιτία καταιγίδας στην άλλη άκρη της Γης.
Κατά συνέπεια, είναι πολύ πιο εύκολο να κάνουμε αξιόπιστες μακροχρόνιες προβλέψεις του καιρού (δηλαδή του κλίματος) παρά βραχυπρόθεσμες (πρόγνωση καιρού), επειδή ακριβώς οι έντονες μεταβολές το καιρού εξομαλύνονται σε βάθος χρόνου.

Πέρα βέβαια ότι τα παραπάνω αποτελούν μια καλή δικαιολογία για τους μετεωρολόγους όταν αποτυγχάνουν στις προβλέψεις τους, η αλήθεια είναι ότι από τότε που υπάρχουν αρκετά λεπτομερή στοιχεία της συμπεριφοράς της ατμόσφαιρας μέχρι τις μέρες μας, έχει διαπιστωθεί μια αναμφισβήτητη αύξηση της μέσης θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας του πλανήτη (αλλά και των ωκεανών).

Η εξέλιξη της «τρύπας του όζοντος» πάνω από την Ανταρκτική. Μετά την εφαρμογή του Πρωτοκόλλου του Μόντρεαλ το 1987, η κατάσταση από τα μέσα της δεκαετίας του ’90 έχει σταθεροποιηθεί και ήδη δείχνει τάση για ανάκαμψη. Η περίπτωση του όζοντος είναι ένα παράδειγμα ότι όταν μία προσπάθεια είναι συνεπής σε παγκόσμια κλίμακα μπορεί να έχει θετικά αποτελέσματα, και δημιουργεί αισιοδοξία για τον έλεγχο του φαινομένου του θερμοκηπίου.

Πηγή εικόνας: https://7samurai.eu/en/environmental-protection/the-ozone-layer-is-slowly-getting-healthier/

 
Αν και σημαντικές μεταβολές στη θερμοκρασία της Γης έχουν συμβεί και στο μακρινό παρελθόν εξαιτίας είτε πτώσης μετεωριτών είτε ηφαιστειακής δραστηριότητας, οι περισσότεροι επιστήμονες συμφωνούν ότι η σχετικά πρόσφατη ανοδική πορεία της μέσης θερμοκρασίας του πλανήτη σχετίζεται με την αύξηση της παραγωγής του διοξειδίου του άνθρακα (ΔτΑ), σαν αποτέλεσμα κυρίως των δραστηριοτήτων του ανθρώπου.

Το ενδιαφέρον είναι ότι ο άνθρακας που ελευθερώνεται τώρα με την καύση στερεών, υγρών και αερίων καυσίμων, είχε περάσει στο υπέδαφος από τους φυτικούς οργανισμούς της Κρητιδικής Περιόδου (προς το τέλος της εποχής των δεινοσαύρων), που τον είχαν απορροφήσει με τη σειρά τους σαν ΔτΑ από την τότε ατμόσφαιρα.

Με τη σημαντική όμως διαφορά, ότι εκείνη η διαδικασία διήρκεσε μερικά εκατομμύρια χρόνια, ενώ τώρα η απελευθέρωση του άνθρακα γίνεται μέσα σε μερικές δεκαετίες!

Το ΔτΑ στην ατμόσφαιρα δρα όπως το τζάμι ή το διάφανο πλαστικό ενός θερμοκηπίου (ή ενός αυτοκινήτου) μια ηλιόλουστη μέρα, παγιδεύοντας τη θερμότητα του Ήλιου κάτω απ’ αυτό.

Και αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο για τα θερμοκήπια αλλά και τη Γη μέχρι πρόσφατα (αν δεν υπήρχε το φυσικό φαινόμενο του θερμοκηπίου η Γη θα ήταν παγωμένη στους -18 C), αλλά φαίνεται ότι πλέον τα περιθώρια έχουν εξαντληθεί και ακόμα και μικρή αύξηση της μέσης θερμοκρασίας θα δημιουργήσει τεράστια προβλήματα κατ’ αρχήν στους ανθρώπους και μετά στο βιοσύστημα. Το εντυπωσιακό είναι ότι αυτή η δράση του ΔτΑ έχει καταγραφεί και μελετηθεί, ήδη από τα τέλη του 19ου με αρχές του 20ου αιώνα!

Διακύμανση του ΔτΑ από πριν μισό εκατομμύριο χρόνια μέχρι σήμερα. Μέχρι πρόσφατα, οι τιμές (που έχουν μελετηθεί από εγκλείσματα αερίων σε πάγους) δείχνουν περιορισμένη περιοδική διακύμανση. Αλλά όχι πλέον, όπως φαίνεται στα δεξιά του διαγράμματος (μπλε βέλος).

Πηγή εικόνας: https://climatekids.nasa.gov/health-report-air/

Η ατμοσφαιρική υγρασία έχει σημαντική (αυξητική) επίδραση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και αναμένεται μάλιστα (η υγρασία) να αυξηθεί ακόμα περισσότερο, καθώς η θερμοκρασία των υδάτων και της ατμόσφαιρας θα αυξάνεται εξαιτίας της επίδρασης των άλλων αερίων του θερμοκηπίου (ΔτΑ και μεθανίου). Όμως, η συμπύκνωση των υδρατμών από τις εξατμίσεις των κινητήρων των αεριωθούμενων αεροσκαφών δεν φαίνεται να έχει σημαντική επίδραση στην αύξηση της θερμοκρασίας μιας περιοχής*, όπως έχει αποδειχθεί με την καθήλωση όλων των πολιτικών πτήσεων στις ΗΠΑ για τρείς ημέρες, μετά το τρομοκρατικό χτύπημα της 11 Σεπ. 2001 (εικόνα επάνω, τυπική ημέρα επάνω από τη δυτική Γαλλία).

Αντίθετα, μετρήσιμη αύξηση της θερμοκρασίας έχει παρατηρηθεί επάνω από τον Ατλαντικό ωκεανό (εικόνα κάτω), εξαιτίας της μειωμένης εκπομπής οξειδίων του θείου από τις μηχανές των πλοίων, καθώς από το 2020 έχει γενικευθεί η χρησιμοποίηση πετρελαίου χαμηλού θείου (από 3.5% σε 0.5%), το οποίο έχει σαν συνέπεια τη μείωση των πυρήνων συμπύκνωσης της υγρασίας για τη δημιουργία νεφών, τα οποία αντανακλούν πίσω στο διάστημα την ηλιακή ακτινοβολία (φαινόμενο albedo). Ενδεχομένως το φαινόμενο albedo στην περίπτωση αυτή να είναι πιο έντονο, επειδή  τα σύννεφα αυτά είναι χαμηλού υψόμετρου, σε σχέση με τα σύννεφα που δημιουργούνται από τις εξατμίσεις των αεροπλάνων.

Φυσικά η λύση ΔΕΝ είναι η επαναφορά του θείου στο πετρέλαιο, το οποίο έχει αποδεδειγμένα καταστροφική επίδραση στο περιβάλλον (όξινη βροχή, αναπνευστικά προβλήματα κλπ).

*Σε τυπικές συνθήκες, την ημέρα υπάρχει μείωση της θερμοκρασίας του αέρα εξαιτίας της αντανάκλασης από τα συμπυκνώματα μέρους της ακτινοβολίας του ήλιου πίσω στο Διάστημα, αλλά το βράδυ ευνοείται η αύξηση της θερμοκρασίας καθώς μέρος της θερμότητας του εδάφους αντανακλάται πίσω στη Γη. Πάντως νεότερες έρευνες δείχνουν ότι η μακροχρόνια μείωση των συμπυκνωμάτων οδηγεί συνολικά σε αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ η προοπτική αύξησης της χρήσης καυσίμων SAF (Sustainable Aviation Fuels) αναμένεται να επιβαρύνει την ατμόσφαιρα προς την κατεύθυνση της αύξησης της θερμοκρασίας. Και αυτό επειδή τα SAF καύσιμα παράγουν σημαντικά λιγότερα μεγάλα σωματίδια αιθάλης σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία είναι βασικός παράγοντας δημιουργίας των ιχνών συμπύκνωσης καθώς αποτελούν πόλους συμπύκνωσης των υδρατμών.

Παρόμοια με το ΔτΑ και μάλιστα πολύ εντονότερη επίδραση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου (για ίσες ποσότητες) έχει και το μεθάνιο, το οποίο αντίθετα από το ΔτΑ που μπορεί να θεωρηθεί «βιομηχανικό» υποπροϊόν, παράγεται ανθρωπογενώς κυρίως από την εκτροφή των βοοειδών.

Και ενδέχεται, η σύντομη χρήση ενός αυτοκινήτου από μια οικογένεια για να πάει να φάει τζίσμπεργκερ, να συνεισφέρει λιγότερο στο φαινόμενο του θερμοκηπίου από τη επίδραση που έχει η παραγωγή των ίδιων των τζίσμπεργκερ!
(Για την "παραγωγή" 1 kg βοδινού κρέατος, εκλύεται μεθάνιο που συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου ισοδύναμα με 35 kg ΔτΑ*. Με το ίδιο ΔτΑ επιβαρύνει ένα καλό υβριδικό αυτοκίνητο την ατμόσφαιρα, αφού έχει διανύσει σχεδόν 500 km!)

*Επειδή τα ...συμπαθή βοοειδή φαίνονται ότι επιβαρύνουν ιδιαίτερα το περιβάλλον με μεθάνιο, θα πρέπει να επισημάνουμε ότι υπάρχει μια σημαντική διαφορά μεταξύ αυτού το μεθανίου και του ορυκτά παραγόμενου. Το μεθάνιο των βοοειδών περιέχει άνθρακα, από το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα, ο οποίος είχε δεσμευτεί λίγα χρόνια πριν (με την ενέργεια κυρίως του Ήλιου) για την παραγωγή των φυτών τα οποία κατανάλωσαν τα βοοειδή. Το μεθάνιο λοιπόν των βοοειδών περιέχει στην ουσία άνθρακα από ανακύκλωση! Βέβαια, η επίδραση του μεθανίου στο φαινόμενο του θερμοκηπίου στη Γη είναι 30 περίπου φορές πιο σημαντική, στα 10 περίπου χρόνια που θα μεσολαβήσουν μέχρι το μεγαλύτερο μέρος αυτού του μεθανίου να διασπαστεί και να επιστρέψει στην πρωταρχική του μορφή, αυτή του διοξειδίου του άνθρακα. Κάτι που δεν ισχύει για το ορυκτό μεθάνιο, που όπως προαναφέρθηκε τον άνθρακά του τον έχει δεσμεύσει από την ατμόσφαιρα πολλά εκατομμύρια χρόνια πριν.

Υπόψη ότι δεν εξετάζουμε εδώ τα διάφορα επιβλαβή για την υγεία αέρια που προέρχονται από τις καύσεις άνθρακα και υδρογονανθράκων, όπως τα οξείδια του αζώτου (NOx), επειδή η επίδρασή τους είναι γεωγραφικά περιορισμένη κυρίως στις πόλεις, παρά παγκόσμια.

Διάγραμμα που δείχνει την αύξηση της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας σε ετήσια βάση, ξεκινώντας από τη βιομηχανική εποχή. Το ιδανικό θα ήταν να μην ξεπεράσουμε τον 1.5 βαθμό.

Πηγή εικόνας: Berkeleyearth.org

Και βέβαια η Γη έχει επιβιώσει από πολύ μεγαλύτερες κλιματικές μεταβολές στο παρελθόν, όπως προαναφέρθηκε, αλλά πλέον:
-  Η ανθρωπότητα έχει αυξηθεί πολύ σε αριθμό και μεγάλο μέρος της ζει πολύ κοντά στη θάλασσα.

- Η ζωή μας έχει γίνει αρκετά πολύπλοκη, ώστε μια έντονη φυσική μεταβολή να προκαλεί σημαντικές ανατροπές (πχ όπως όταν εξερράγει το ισλανδικό ηφαίστειο με το δυσκολοπρόφερτο όνομα -ή απλά Eyja- και καθηλώθηκαν για ημέρες τα αεροπλάνα στο έδαφος εξαιτίας της τέφρας).

- Καθώς οι εικόνες μπαίνουν πλέον άμεσα στα σπίτια μας, υπάρχει σημαντικός βαθμός αλληλεγγύης προς τους συνανθρώπους μας όταν πλήττονται από μεγάλες καταστροφές, όπως έδειξαν οι κινητοποιήσεις σε περιπτώσεις σεισμών, τσουνάμι κλπ.

Ήδη υπάρχουν κίνδυνοι από τους οποίους δεν μπορούμε να κάνουμε πολλά πράγματα (προς το παρόν) για να ξεφύγουμε, όπως οι ηλιακές καταιγίδες που μπορούν να προκαλέσουν διακοπές ρεύματος και καταστροφές ηλεκτρονικού εξοπλισμού, και οι μετεωρίτες που ακόμα δεν είμαστε σε θέση να τους εντοπίσουμε εγκαίρως και να τους εκτρέψουμε αποτελεσματικά (σημαντική εξέλιξη όμως προς αυτή την κατεύθυνση υπήρξε στα τέλη του 2022.

Η αύξηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (ΔτΑ) από ανθρώπινες δραστηριότητες (καύσεις). Πηγή εικόνας: https://blog.nwf.org/2012/07/what-is-causing-the-climate-to-unravel/

Τουλάχιστον, η θερμοκρασιακή μεταβολή προχωράει με ρυθμό που ακόμα «παλεύεται» με τη σημερινή τεχνολογία, με την προϋπόθεση όμως ότι η ανθρωπότητα θα έχει τη θέληση να κάνει τις απαραίτητες ενέργειες, και να ληφθούν κάποιες δύσκολες ή «άβολες» πολιτικές και οικονομικές αποφάσεις.

Γιατί υπάρχει το προηγούμενο με την τρύπα του όζοντος, η οποία με τις ενέργειες που ξεκίνησαν από το 1987 με τη συνθήκη του Μόντρεαλ για τον περιορισμό των προωθητικών και ψυκτικών αερίων (CFCs), έχει σταματήσει να μεγαλώνει και οι τελευταίες μετρήσεις δείχνουν μάλιστα ότι έχει αρχίσει να περιορίζεται.

Αυτή τη στιγμή, η μεγαλύτερη και πιο άμεση απειλή από τη θέρμανση του πλανήτη είναι η αύξηση της στάθμης της θάλασσας από το λιώσιμο των πάγων των πόλων, που δεν σημαίνει μόνο ότι θα πρέπει να εγκαταληφθούν εκτάσεις με χαμηλό υψόμετρο, αλλά θα μειώσει και την αλατότητα των ωκεανών, και αυτό με τη σειρά του θα επιφέρει αλλαγές στην πορεία και ένταση των μεγάλων υποθαλάσσιων ρευμάτων που περιβάλλουν τη Γη, και διατηρούν τη σημερινή κλιματική ισορροπία.

Διάγραμμα που δείχνει ότι η αύξηση της παγκόσμιας θερμοκρασίας αποθηκεύεται σαν θερμότητα κυρίως στη θάλασσα, παρά στην ξηρά και τον αέρα. Εξαιτίας της θερμικής αδράνειας των ωκεανών όμως, η αύξηση της θερμοκρασίας και η συνεπακόλουθη αύξηση της στάθμης τους θα εξακολουθήσει για αρκετό διάστημα ακόμα και μετά τον μηδενισμό των εκπομπών ΔτΑ, το ίδιο και κάποιες δευτερογενείς επιδράσεις όπως η αύξηση της οξύτητας των νερών τους.

Πηγή εικόνας: https://skepticalscience.com/graphics.php?g=46

Άλλες άμεσες επιπτώσεις θα είναι η σημαντική αύξηση του αριθμού και της έντασης των τυφώνων που τροφοδοτούνται από τη θερμότητα των ωκεανών, καθώς και η ερημοποίηση ζωνών που σήμερα είναι εύκρατες (όπως στη νότια Ευρώπη), αλλά και έντονες βροχοπτώσεις και πλημμύρες (από βροχές αυτή τη φορά) στη βόρεια Ευρώπη.

Οι επιστήμονες έχουν επεξεργαστεί διάφορα μοντέλα για τις συνέπειες της αύξησης της θερμοκρασίας του πλανήτη, και το επικρατέστερο αναφέρεται σε μια σειρά αλλαγών, καθώς η μέση θερμοκρασία θα αυξάνεται κατά 1 έως 6 βαθμούς Κελσίου μέσα στα επόμενα 100 χρόνια (σε σχέση με την αρχή της βιομηχανικής εποχής).

+1 βαθμός: Αύξηση τυφώνων, πλημμυρών, ερήμων.

+2 βαθμοί:  Καταστροφή των κοραλλιογενών υφάλων, και αν διατηρηθεί αυτή η κατάσταση, σε 50 χρόνια θα έχουν λιώσει και όλοι οι παγετώνες.

+3 βαθμοί:  Καταστροφή του δάσους του Αμαζονίου (στο οποίο σήμερα παράγεται το 20% του παγκόσμιου οξυγόνου), ενώ οι Άλπεις θα μείνουν χωρίς χιόνια. Συχνές «υπερκαταιγίδες». Αντιστροφή της φωτοσύνθεσης των φυτών.

+4 βαθμοί:  Το έδαφος σε Μπαγκλαντές, Δέλτα Νείλου, Βενετία θα εξαφανιστεί κάτω από τα νερά. Όλοι οι παγετώνες θα λιώσουν. Θα στεγνώσει ο Γάγγης ποταμός, και γενικά ο πλανήτης θα γίνει μη αναγνωρίσιμος.

+5 βαθμοί:  Θα υπάρξουν εκατομμύρια πρόσφυγες, κατάρρευση των κοινωνικών δομών, ένοπλες συγκρούσεις.

+6 βαθμοί:  Μαζικές καταστροφές και εξαφανίσεις ειδών.

Και το σημαντικότερο. Οι ειδικοί θέτουν σαν όριο τους +3 βαθμούς, πάνω από τους οποίους το φαινόμενο θα πάρει τη μορφή χιονοστιβάδας, χωρίς πλέον να μπορούμε να κάνουμε τίποτα για να το ελέγξουμε, ενώ όπως προαναφέρθηκε, ο στόχος είναι να μην ξεπεράσουμε τον +1.5 βαθμό.

Η εκτιμώμενη αύξηση της στάθμης της θάλασσας, για τα επόμενα χρόνια (μπλε γραμμή, ανάμεσα σε πιο απαισιόδοξα και πιο αισιόδοξα σενάρια), με βάση τα σημερινά δεδομένα. Επιπλέον όμως υπάρχει και μία αύξηση της τάξης του 30% στην οξύτητα του νερού των ωκεανών, που προκαλεί διάλυση του ανθρακικού ασβεστίου και επηρεάζει σημαντικά τις αποικίες των κοραλλιών. Η μέχρι τώρα αύξηση της στάθμης εκτιμάται ότι οφείλεται περίπου κατά 50% στη διαστολή του νερού και κατά το άλλο 50% στο νερό που προστίθεται από το λιώσιμο των επίγειων παγετώνων.

Πηγή εικόνας: https://link.springer.com/article/10.1007/s10712-019-09550-y

Τι μπορούμε να κάνουμε;

Δεν έχουν όλα χαθεί, αν ξεκινήσουμε ουσιαστική δράση τώρα!

Υπάρχει, όπως προαναφέρθηκε το θετικό και αισιόδοξο παράδειγμα της προστασίας του όζοντος.

Το 1997, υπογράφηκε στο Κιότο της Ιαπωνίας το ομώνυμο Πρωτόκολλο για τον περιορισμό των αερίων του θερμοκηπίου, απ’ όλες σχεδόν τις χώρες του πλανήτη (180 χώρες), εκτός των ΗΠΑ.

Παρόλο βέβαια που το υπέγραψαν, χώρες όπως η Κίνα και η Ινδία κάθε άλλο παρά το εφαρμόζουν όπως φαίνεται από το παρακάτω διάγραμμα. Άλλες περιοχές το υπέγραψαν και το εφαρμόζουν όπως η Ευρώπη, ενώ άλλες δεν το υπέγραψαν αλλά ουσιαστικά το εφαρμόζουν, όπως οι ΗΠΑ.

Εξέλιξη των εκπομπών ΔτΑ, ανά ήπειρο. Ευρώπη και ΗΠΑ έχουν μειώσει μεν τις εκπομπές ΔτΑ στην επικράτειά τους, όμως στην ουσία έχουν μετακυλήσει ένα μέρος τους κυρίως στην Κίνα και λιγότερο στην Ινδία, επειδή εκεί για οικονομικούς λόγους έχει μεταφερθεί σημαντικό κομμάτι των βιομηχανικών δραστηριοτήτων. Επίσης, η άνοδος του βιοτικού επιπέδου στις χώρες αυτές, αυξάνει την κατά κεφαλή ενεργειακή κατανάλωση (και είναι πολλές οι κεφαλές εκεί!).

Πηγή εικόνας: https://www.careourearth.com/overview-of-air-pollution-and-fossil-co2-emissions-in-asia/

Το πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι περισσότερες χώρες είναι ότι η συμμόρφωσή τους με τους περιορισμούς που προβλέπει το Πρωτόκολλο του Κιότο αυξάνει το κόστος των πρoϊόντων τους, οπότε χώρες που η οικονομία τους βασίζεται στη γρήγορη ανάπτυξη όπως η Κίνα, δεν βιάζονται καθόλου να το εφαρμόσουν.

Από την άλλη μεριά, πέρα από τα προβλήματα που δημιουργούνται στο περιβάλλον, οι καταναλωτές έχουν και οικονομικό συμφέρον να μειώσουν τις εκπομπές ΔτΑ που εξαρτώνται από τους ίδιους, γιατί συνήθως εκπομπές και κόστος διαβίωσης αυξάνονται παράλληλα.

Το λεπτό σημείο είναι ότι χρειάζεται ενδεχομένως να γίνει αρχικά κάποια οικονομική επένδυση (να ξοδευτεί δηλαδή κάποια στιγμή ένα ποσό), αλλά ένας απλός υπολογισμός δείχνει ότι το όφελος μακροχρόνια είναι πολλαπλάσιο.

Τέτοια παραδείγματα υπάρχουν πολλά, από την αγορά ενός πιο οικονομικού αυτοκινήτου, αλλαγή των παλαιών φωτιστικών με σύγχρονα, αγορά οικιακών συσκευών με υψηλό δείκτη απόδοσης, χρήση μονώσεων στα σπίτια κλπ.

Παγκόσμια κατανομή της προέλευσης των αερίων του θερμοκηπίου ανάλογα με τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Ξεκινώντας από «ώρα 1» και δεξιόστροφα, έχουμε: Σταθμοί παραγωγής ενέργειας, καύσιμα για μεταφορές, οικιακή και επαγγελματική χρήση, βιομηχανική χρήση,  αγροτικές καλλιέργειες, υλοτομία, διαχείριση και επεξεργασία αποβλήτων. 

Πηγή εικόνας: http://www.climate-change-knowledge.org/ghg_sources

Υπάρχουν όμως και πολλά άλλα που μπορούν να γίνουν προς την κατεύθυνση της εξοικονόμησης ενέργειας, που δεν στοιχίζουν τίποτα και το μόνο που χρειάζεται είναι κάποια αλλαγή στη συμπεριφορά και τις συνήθειές μας.

Δεν έχει νόημα να αναφερθούμε εδώ με λεπτομέρειες στις ενέργειες αυτές, καθώς μπορεί να βρει κάποιος πολλές αναλυτικές πληροφορίες στο ίντερνετ, περιοδικά, πληροφοριακά έντυπα και βιβλία.

Από τις απλούστερες, που είναι να σβήνουμε τα φώτα όταν δεν τα χρειαζόμαστε (τα οποία θα πρέπει να έχουν ήδη αντικατασταθεί με τεχνολογίας LED), να μην αφήνουμε ηλεκτρονικές συσκευές σε κατάσταση αναμονής για μεγάλα διαστήματα, να μη δημιουργούμε ακραίες θερμοκρασίες στο χώρο μας, να προτιμούμε τη χρήση ανεμιστήρα αντί για κλιματιστικού, και φτάνουν μέχρι στο να μην χρησιμοποιούμε το αυτοκίνητο όταν μπορούμε να περπατήσουμε ή να πάρουμε συγκοινωνία, να μην πετάμε πράγματα που μπορούν να επισκευαστούν, να μην αγοράζουμε κάτι που θα το αχρηστεύουμε επειδή πέρασε η μόδα του, να συμμετέχουμε στα προγράμματα ανακύκλωσης, κλπ κλπ.

Γραμμάρια ΔτΑ που εκλύονται  για την παραγωγή 1kWh ηλεκτρικής ενέργειας,  με αποκλειστική χρήση της κάθε πηγής. Πηγή εικόνας: https://ecotricity.co.nz/ 

Αν και δεν εμφανίζονται στο διάγραμμα, αξίζει να σημειωθεί ότι οι μοναδιαίες εκπομπές ΔτΑ ενός πυρηνικού εργοστασίου είναι συγκρίσιμες με ενός υδροηλεκτρικού (γαλάζιο), ενώ εφόσον λειτουργεί σωστά, εκλύει λιγότερη ραδιενέργεια στο περιβάλλον από ένα εργοστάσιο άνθρακα αντίστοιχης ισχύος (καθώς ο άνθρακας περιέχει σε ελάχιστο ποσοστό φυσικά ραδιενεργά υλικά).

Μπορεί οι ατομικές δράσεις να φαίνονται ελάχιστες μπροστά στις δυνατότητες των κρατών, αλλά επειδή αφορούν πολλά άτομα το αποτέλεσμα δεν είναι καθόλου αμελητέο, και επιπλέον οι χώρες που διαθέτουν περιβαλλοντικά ευαίσθητους πολίτες θα αναγκαστούν αργά ή γρήγορα να ευθυγραμμίσουν την πολιτική και τις ενέργειές τους ανάλογα.

Το μεγαλύτερο όφελος όμως είναι ότι οι περιβαλλοντικά ευαίσθητοι και ενεργοί πολίτες θα είναι έτοιμοι να υποστηρίξουν κάθε σημαντική δράση προς την κατεύθυνση της προστασίας του περιβάλλοντος, ακόμα και αν αυτό τους «ξεβολεύει» ή τους επιβαρύνει οικονομικά για κάποιο διάστημα.

Αν και οι νεότερες συσκευές έχουν καλύτερη ενεργειακή απόδοση, δηλαδή ξοδεύουν λιγότερη ενέργεια για το ίδιο αποτέλεσμα, οι βελτιώσεις αυτές μπορούν μόνο να επιβραδύνουν αλλά όχι να αντισταθμίσουν την αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας, εξαιτίας των νέων συσκευών που προστίθενται συνεχώς στη ζωή μας, και του αυξανόμενου αριθμού των χρηστών.

Η εικόνα που υπήρχε το 2015 για την συμβολή των διαφόρων πηγών στην παγκόσμια παραγωγή ενέργειας. Είναι σαφές ότι είμαστε ακόμα μακριά από το να αποτελέσουν σημαντικό παράγοντα οι ανανεώσιμες πηγές (ίσως όχι τόσο, στην Ελλάδα πχ το 40% περίπου της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειες το 2022 προήλθε από ανανεώσιμες πηγές), οπότε η μόνη άμεση αποτελεσματική λύση είναι η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. 

Σημείωση: Εξαιτίας του Covid-19 υπήρξε μια προσωρινή κάμψη στις τιμές γύρω στο 2020, που δεν απεικονίζεται. Πηγή εικόνας: https://www.ogj.com/general-interest/article/17288577/bp-energy-outlook-global-energy-demand-to-grow-30-to-2035

Αλλά ακόμα και οι καλύτερες προθέσεις μπορεί να έχουν το αντίθετο αποτέλεσμα, αν δεν βλέπουμε τη συνολική εικόνα.

Αυτό σημαίνει ότι ακόμα και αν έχουμε την οικονομική δυνατότητα να αλλάζουμε συχνά αυτοκίνητο ή συσκευές με νεότερες και ενεργειακά αποδοτικότερες, θα πρέπει να λάβουμε υπόψη την κατανάλωση ενέργειας και πόρων για την παραγωγή των νέων.

Το πού είναι το όριο είναι μια λεπτή ισορροπία, επειδή οι κατασκευαστές σπάνια δημοσιεύουν τέτοια στοιχεία, αλλά συνήθως η κοινή λογική αρκεί.

Για παράδειγμα, η αλλαγή του αυτοκινήτου κάθε δύο χρόνια είναι σαφώς εναντίον της συνολικής εξοικονόμησης ενέργειας, ενώ η αλλαγή του κάθε δέκα χρόνια σίγουρα είναι μια θετική ενέργεια.

Η εξέλιξη στη μείωση εκπομπών ΔτΑ, των καινούργιων αυτοκινήτων στη Βρετανία. Από το 2035 το νούμερο αυτό για όλη την ΕΕ θα είναι 0, ενώ η Βρετανία έχει θέσει σαν στόχο να το πιάσει το 2030. Πηγή εικόνας: https://www.smmt.co.uk/2014/03/uk-passes-eu-new-car-co2-emissions-landmark/

(Βλ και άρθρο: https://geometax12.blogspot.com/2023/02/blog-post_19.html)

ΥΓ: Ειδήσεις του ΒΒC στα μέσα Σεπτ. 2023 δείχνουν ότι η Βρετανία μάλλον θα συνταχθεί τελικά με το Ευρωπαϊκό όριο του 2035 για την κατάργηση των μη ηλεκτροκίνητων οχημάτων. Αντίθετα η Νορβηγία έχει θέσει το δικό της αντίστοιχο όριο για το 2025.

Παράλληλα όμως, φαίνεται ότι θα υπάρχει η δυνατότητα να παρακαμφθεί το παραπάνω όριο (στην Ευρώπη) για τους θερμικούς κινητήρες, εφόσον υπάρξουν συνθετικά υγρά καύσιμα μηδενικού ανθρακικού  αποτυπώματος. Η Porsche πρωτοπορεί προς αυτή την κατεύθυνση, σκοπεύοντας να παραγάγει συνθετικό καύσιμο στη Χιλή χρησιμοποιώντας αιολική ενέργεια.

Η παραγωγή καυσίμου με πλήρως ανακυκλωμένο ΔτΑ (eFuel) γίνεται χρησιμοποιώντας "πράσινο" υδρογόνο από ηλεκτρόλυση* με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και Μονοξείδιο του Άνθρακα (το οποίο παράγεται είτε από το ΔτΑ της ατμόσφαιρας είτε από άνθρακα), και εφαρμόζοντας τη μέθοδο Fischer-Tropsch (που ανακαλύφθηκε το 1925!).

Για την ενέργεια που απαιτείται, στη βόρεια και κεντρική Ευρώπη ευνοείται η χρήση της βιομάζας (ή και η πυρηνική ενέργεια, όπως στην περίπτωση της Γαλλίας), ενώ στη νότια Ευρώπη η ηλιακή και αιολική ενέργεια.

Το 2024, η γαλλική start up Aerleum ανακοίνωσε ότι ανέπτυξε μέθοδο για βιομηχανική παραγωγή μεθανόλης (καύσιμο για πλοία, και βάση για παραγωγή καυσίμου για αεροπλάνα), δεσμεύοντας ΔτΑ από την ατμόσφαιρα και συνδυάζοντάς το με υδρογόνο, που θα παράγεται από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας.

* Πρόσφατα (2024) δοκιμάζονται μέθοδοι παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση κατ'ευθεία από θαλασσινό νερό αντί για γλυκό νερό, με σημαντικά οφέλη στη δαπάνη ενέργειας.

Πάντως, το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο στα τέλη του 2019 έθεσε ως στόχο να γίνει η ΕΕ ουδέτερη ως προς τις εκπομπές του ΔτΑ, μέχρι το 2050.

Ήδη, στις αρχές του 2023 η ΕΕ ανακοίνωσε την απαγόρευση πώλησης νέων αυτοκινήτων με κινητήρες "μη μηδενικού ανθρακικού αποτυπώματος" στις χώρες μέλη της, από το 2035.

Ακόμα πιο εντυπωσιακή είναι η ανακοίνωση της Σαουδικής Αραβίας, ότι μέχρι τον ίδιο χρονικό ορίζοντα δηλαδή το 2050, προτίθεται να γίνει παγκόσμιος παραγωγός και εξαγωγέας οικολογικής ηλεκτρικής ενέργειας που θα παράγεται από τον ήλιο.

Πάντως είναι άδικο (το ...κρίμα του τίτλου), ότι τα οδυνηρά αποτελέσματα μιας υπερθέρμανσης του πλανήτη θα τα υποστούν κατά κύριο λόγο αυτοί που έχουν λιγότερο συνεισφέρει στη δημιουργία της, δηλαδή οι φτωχοί λαοί του πλανήτη.

Καθώς οι ανανεώσιμες πηγές, ακόμα και μελλοντικά μόνο μικρό ποσοστό της παγκόσμιας ζήτησης σε ενέργεια μπορούν να καλύψουν, η μόνη ελπίδα το θέμα αυτό να λυθεί οριστικά, δηλαδή η παραγωγή ενέργειας να μην συνοδεύεται και από παραγωγή ΔτΑ, είναι να μπεί σε βιομηχανική χρήση η Πυρηνική Σύντηξη, που όμως δεν προβλέπεται να συμβεί (με τους σημερινούς ρυθμούς) πριν περάσουμε το όριο μη επιστροφής των +3 βαθμών Κελσίου που προαναφέρθηκε.

Από την άλλη πλευρά, η Πυρηνική Διάσπαση που χρησιμοποιείται σήμερα από αρκετά κράτη, παρότι και αυτή δεν παράγει καθόλου ΔτΑ, δεν είναι πλέον αποδεκτή από την πλειονότητα των ανθρώπων, καθώς έχει αποδειχτεί ότι όταν κάτι πάει στραβά οι επιπτώσεις είναι καταστροφικές.

Όσο για το εναλλακτικό σενάριο, να μετακομίσουμε δηλαδή σε άλλο πλανήτη πριν η Γη γίνει ακατοίκητη, είναι κατάλληλο μόνο για ταινίες φαντασίας (δεν θα λέγαμε καν «επιστημονικής»). 

Στη σύνοδο του Παρισιού για το κλίμα που ολοκληρώθηκε στις 12/12/2012, 195 χώρες δεσμεύθηκαν να συγκρατήσουν την άνοδο της θερμοκρασίας του πλανήτη μέχρι το τέλος του αιώνα στους 2 βαθμούς Κελσίου, και κατά προτίμηση κοντά στον 1.5 βαθμό.

Το κείμενο της συμφωνίας, η οποία θα τεθεί σε ισχύ το 2020, προβλέπει ακόμα ότι:
-Oι παγκόσμιες εκπομπές άνθρακα θα πρέπει να αρχίσουν να μειώνονται το ταχύτερο δυνατόν.
-Στο δεύτερο μισό του αιώνα οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα πρέπει να μειωθούν στα επίπεδα που μπορούν να απορροφούν τα δάση, έτσι ώστε να επιτευχθεί μια ισορροπία μηδενικών καθαρών εκπομπών.
-Όλες οι χώρες θα εγγραφούν σε κοινό σύστημα αναφοράς, παρακολούθησης και επιβεβαίωσης των εκπομπών.
-Από το 2020 οι ανεπτυγμένες χώρες θα προσφέρουν βοήθεια 100 δισ. δολαρίων το χρόνο προκειμένου να βοηθήσουν τις αναπτυσσόμενες χώρες να στραφούν σε καθαρές πηγές ενέργειας και να αντιμετωπίσουν τις καταστροφές που φέρνει η κλιματική αλλαγή, με την υπόσχεση ότι το κονδύλι αυτό θα αυξηθεί στο μέλλον. 

Οι πόλεις, ειδικά τα κέντρα τους, υποφέρουν από αυξημένη θερμοκρασία εξαιτίας της συνήθως πυκνής δόμησής τους. Στην εικόνα επάνω, δείχνεται μια τυπική κατανομή θερμοκρασίας στο κέντρο μιας πόλης σε σχέση με τα προάστιά της. Στην Ελλάδα, για να μειωθεί το ανθρακικό αποτύπωμα, προβλέπεται ότι όλα τα νέα κτίρια από το 2030 θα είναι μηδενικών ανθρακικών εκπομπών, ενώ μετά το 2040 δεν θα λειτουργούν καυστήρες με υγρά ή αέρια καύσιμα. Ενδιαφέρον άρθρο για την υπερθέρμανση των πόλεων και για τα νέα δομικά υλικά: https://xaidarisimera.gr/kafsones/?unapproved=243367&moderation-hash=0218d1ee50296f12d5bb321de5e0bfe9#comment-243367

Προς αυτή την κατεύθυνση κινείται και ένα πιλοτικό πρόγραμμα στην πρωτεύουσα του Κατάρ, Ντόχα, όπου κάποιο μήκος κεντρικών λεωφόρων βάφτηκε μπλε, με σκοπό να μειώσει την τοπική θερμοκρασία (εικόνα κάτω). Πράγματι, η χρήση του ειδικού αυτού μπλε χρώματος επέτρεψε τη μείωση της θερμοκρασίας της ασφάλτου κατά περίπου 10 βαθμούς Κελσίου!

Εμπορία εκπομπών ΔτΑ

Η εμπορία των εκπομπών ΔτΑ ξεκίνησε το 2005 σαν μία βασική εφαρμογή των αρχών του Πρωτοκόλλου του Κιότο (1997) για τον περιορισμό της υπερθέρμανσης του πλανήτη, και αφορά τη δυνατότητα εμπορίας των εκπομπών ΔτΑ από τις μεγάλες βιομηχανικές μονάδες.
Αφού καθορίστηκε αρχικά το επιτρεπτό επίπεδο των συνολικών εκπομπών ΔτΑ ανά χώρα (ένα όριο όμως που μειώνεται κάθε χρόνο), κάθε χώρα στη συνέχεια επιμέρισε το όριο παραγωγής ΔτΑ στις μεγάλες βιομηχανίες της.

Αν μία βιομηχανία μειώσει το επίπεδο εκπομπών ΔτΑ κάτω από το όριο που της έχει καθοριστεί, μπορεί να πουλήσει τη διαφορά σε μία άλλη βιομηχανία που βρίσκεται πάνω από το όριο, ενώ εφόσον η δεύτερη βιομηχανία δεν αγοράσει αρκετά δικαιώματα ΔτΑ θα πρέπει να πληρώσει ένα ακριβό αναλογικά πρόστιμο.

Αυτό δημιουργεί ένα οικονομικό κίνητρο ώστε να μειώσουν οι βιομηχανίες τις εκπομπές ΔτΑ με επενδύσεις που θα κάνουν στην τεχνολογία εξοικονόμησης ενέργειας, ενώ παράλληλα διασφαλίζεται ότι τα χρηματικά ποσά που θα διακινηθούν θα επενδυθούν πράγματι στη μείωση των εκπομπών ΔτΑ.

Γιατί η πράξη έχει δείξει ότι αν τα εισπράξει απ’ ευθείας το κράτος σαν πρόστιμα, είναι αμφίβολο αν θα αξιοποιηθούν για τον ίδιο σκοπό.

Η κατανομή της προέλευσης της ηλεκτρικής ενέργειες σε πανελλήνιο επίπεδο, για το 2021.

Πηγή εικόνας: https://www.dapeep.gr/viosimi-anaptixi/energeiako-meigma/

Μία εναλλακτική λύση στην εμπορία των εκπομπών ΔτΑ είναι η διοχέτευση του αερίου, το οποίο εννοείται ότι θα έχει συλλεγεί, συμπιεστεί και μεταφερθεί σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας και περαιτέρω συμπίεσης, σε εξαντλημένα παλαιά κοιτάσματα πετρελαίου ή φυσικού αερίου, κάτι που μελετάται ήδη για το κοντινό μέλλον (2025 και μετά) για τις εγκαταστάσεις του Πρίνου κοντά στη Θάσο.

Η τυπική ισχύς της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στο έδαφος το μεσημέρι μιας ηλιόλουστης ημέρας στο γεωγραφικό πλάτος της Ελλάδας είναι περίπου 1 kW/m², αλλά από την ισχύ αυτή μόνο το 20% στην καλύτερη περίπτωση μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρική ισχύ, με τη σημερινή τεχνολογία των φωτοβολταϊκών στοιχείων.

Αντίστοιχα, μια ανεμογεννήτρια παράγει ηλεκτρική ισχύ γύρω στα 0.4 kW/m² της επιφάνειας που σαρώνουν τα πτερύγιά της, στην ταχύτητα ανέμου για την οποία σχεδιάστηκε (ονομαστική), άρα αξιοποιεί δύο φορές καλύτερα την "ενεργή" επιφάνειά της σε σχέση με ένα φωτοβολταϊκό, σε ιδανικές συνθήκες και για τα δύο συστήματα.

Η ηλιακή ακτινοβολία όμως αποτελεί μία πιο αξιόπιστη, ασφαλή και εύκολη πηγή ενέργειας, με την προϋπόθεση ότι η γεωγραφία της περιοχής είναι ευνοϊκή και εφόσον δεν δεσμεύεται καλλιεργήσιμη γη, οπότε οι μεγάλες εγκαταστάσεις αφορούν φωτοβολταϊκά πάρκα.

Η μεγαλύτερη εγκατάσταση φωτοβολταϊκών στοιχείων στον κόσμο βρίσκεται στην Ινδία (εικόνα επάνω). Από τις πέντε μεγαλύτερες εγκαταστάσεις στον κόσμο, δύο βρίσκονται στην Ινδία και δύο στην Κίνα.

 

Οι δύο πρώτες μονάδες της εταιρείας Abengoa Solar, η ΡS10 και η ΡS20 ισχύος 10 και 20 MW αντίστοιχα στη Σεβίλλη της Ισπανίας, με εμφανείς τους πύργους στους οποίους συγκεντρώνεται η θερμότητα από τους καθρέφτες για την παραγωγή ατμού (εικόνα επάνω). Σταδιακά, στην περιοχή θα συμπληρωθούν και άλλες ηλιακές θερμικές μονάδες διαφορετικής όμως τεχνολογίας, ώστε η συνολική ισχύς να φθάσει τα 300 MW. 

Η μεγαλύτερη όμως τέτοιας τεχνολογίας μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι η Noor Power που βρίσκεται στο Μαρόκο, ισχύος 510 MW. Ενώ οι επόμενες τέσσερεις σε μέγεθος μονάδες, βρίσκονται στις ΗΠΑ.
Για την Ιστορία, πρωτοπόροι στη βιομηχανική εφαρμογή της ηλιακής ενέργειας υπήρξαν ο Γάλλος Α. Mouchot (Διεθνής Έκθεση Παρισιού, 1878) και ο Αμερικανός F. Shuman (Αντλιοστάσιο στην Αίγυπτο, 1912).

Εξαιτίας της χαμηλής απόδοσης των φωτοβολταϊκών, σε κάποιες μεγάλες εγκαταστάσεις όπως στο ηλιακό θερμικό πάρκο της Σεβίλλης της Ισπανίας προτιμάται η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε θερμική (ατμοποίηση νερού) και κατόπιν η μετατροπή του ατμού σε ηλεκτρική ενέργεια, μέσα από την κλασική διάταξη ατμοστρόβιλου – γεννήτριας.
Μάλιστα στα τέλη του 2016 ανακοινώθηκε από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας (ANU) ότι πέτυχαν απόδοση 97% για τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ατμό 500 βαθμών Κελσίου, με ένα νέο ηλιακό παραβολικό κάτοπτρο επιφάνειας 500 m², που μπορεί να παράγει ισχύ μέχρι 100 kW.

ΥΓ1. Την καλύτερη οικονομική απόδοση μεταξύ των διαφόρων τύπων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και λαμβάνοντας υπόψη τη συνολική διάρκεια ζωής τους, την έχουν κατά σειρά οι ακόλουθες εγκαταστάσεις (στοιχεία 2022):   

1. Γεωθερμικές (όπου υπάρχει η δυνατότητα)

2. Επίγειες ανεμογεννήτριες

3. Υδροηλεκτρικές    

4. Βιομάζας

5. Φωτοβολταϊκές (μεγάλης έκτασης)

6. Παράκτιες ανεμογεννήτριες

7. Ηλιακές θερμικές     

ΥΓ2. Στα τέλη του 2024 ανακοινώθηκε από ερευνητές του πανεπιστημίου ΜπέρκλεΪ (UC Berkeley) ότι ένα νέο υλικό σε σκόνη (COF-999) μπορεί να απορροφά το ΔτΑ της ατμόσφαιρας με εντυπωσιακή απόδοση: 200g από το υλικό αυτό απορροφά 20kg ΔτΑ (όσο και ένα δέντρο σ' έναν χρόνο). Το ΔτΑ αυτό μπορεί ανακτηθεί για μονιμότερη αποθήκευση ή για χρήση σαν πρώτη ύλη σε προϊόντα, με θέρμανση του υλικού στους 60 βαθμούς Κελσίου.                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Γ. Μεταξάς

Πόσο καθαρά είναι τα "καθαρά" αυτοκίνητα;

Πιθανότατα θα έχετε ακούσει για τα νέα ηλεκτρικά αυτοκίνητα που παρουσιάζονται και διαφημίζονται σαν «zero emissions» δηλαδή μηδενικών εκπομπών.
Είναι έτσι; Και ναι, και όχι!
Εξαρτάται από το πού μετράμε τις εκπομπές αυτές, των οποίων κύριος «εκπρόσωπος» είναι το Διοξείδιο του Άνθρακα (ΔτΑ), το οποίο παρότι δεν αποτελεί τυπικά "ρύπο" είναι το βασικό αέριο που προκαλεί το φαινόμενο του θερμοκηπίου στο γήινο οικοσύστημα.

Γιατί τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπορεί να μη ρυπαίνουν στο χώρο που κινούνται, αλλά τα εργοστάσια που παράγουν το ρεύμα με το οποίο φορτίζουν τις μπαταρίες τους (ανάλογα και με το καύσιμο που χρησιμοποιούν), "σχεδόν" σίγουρα ρυπαίνουν την περιοχή που είναι εγκατεστημένα.
Το "σχεδόν" μπαίνει για τις περιορισμένες προς το παρόν περιπτώσεις που η ηλεκτρική ενέργεια δεν προέρχεται (τουλάχιστον σε μεγάλο ποσοστό) από καύση άνθρακα, πετρελαίου ή φυσικού αερίου, αλλά από ανανεώσιμες πηγές υδραυλικής, ηλιακής, αιολικής κλπ ενέργειας, ακόμα και πυρηνικής!
Είναι γεγονός ότι η πυρηνική ενέργεια μπορεί να γίνει καταστροφική σε περίπτωση ατυχήματος όπως έχει δείξει η πρόσφατη εμπειρία, αλλά τα πυρηνικά εργοστάσια σε κανονική λειτουργία δεν εκπέμπουν καθόλου ΔτΑ, ούτε άλλους ρύπους!

Σχετικά πρόσφατα, έρευνα που γίνεται για τη χρήση πυρηνικής ενέργειας στην παραγωγή ηλεκτρισμού, με βασικό "καύσιμο" το βόριο, φαίνεται πολλά υποσχόμενη στο να λύσει τα τρία σημαντικότερα προβλήματα των κλασικών πυρηνικών σταθμών. Αυτό της διαθεσιμότητας του αρχικού ορυκτού, του κινδύνου μιας θερμικής έκρηξης, και της ακτινοβολίας/ αποθήκευσης/διάρκειας ζωής, των πυρηνικών καταλοίπων.

Η προβλεπόμενη ποσοστιαία εξέλιξη στις μονάδες ισχύος των ελαφρών οχημάτων, για την Καλιφόρνια. Είναι φανερό ότι τα οχήματα με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου προβλέπεται να επικρατήσουν μακροχρόνια. Τα οχήματα αυτά είναι κατά βάση ηλεκτρικά, αλλά η πηγή ενέργειάς τους είναι το υδρογόνο, που συνδυάζεται με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος (είναι η αντίστροφη διαδικασία της ηλεκτρόλυσης νερού).
Πηγή εικόνας: https://www.greencarcongress.com/2011/11/acc-20111118.html

Το πλεονέκτημα λοιπόν των ηλεκτρικών αυτοκινήτων δεν είναι τόσο ότι περιορίζουν σημαντικά* τις εκπομπές ΔτΑ και ρύπων, αλλά ότι τις μεταφέρουν εκτός των πόλεων.
Και μπορεί αυτή η μεταφορά να μην λύνει ουσιαστικά το παγκόσμιο πρόβλημα από το συγκεκριμένο αέριο, αλλά από την καύση των υδρογονανθράκων παράγονται και άλλα αέρια (ρύποι) που είναι δηλητηριώδη (το ΔτΑ δεν είναι), οπότε η μείωση της συγκέντρωσής τους στις πόλεις είναι πολύ σημαντική για την υγεία των κατοίκων τους.

* Να διευκρινιστεί εδώ, ότι παρόλο που η μεταφορά της ηλεκτρικής ενέργειας από τα θερμικά εργοστάσια παραγωγής στις πρίζες φόρτισης επιβαρύνεται με κάποιες απώλειες, ο βαθμός απόδοσης των μεγάλων εργοστασίων (50% τα σύγχρονα) είναι πολύ καλύτερος από των κινητήρων εσωτερικής καύσης των αυτοκινήτων (30%), καθώς τα εργοστάσια μπορούν να αξιοποιούν σημαντικό μέρος της θερμικής ενέργειας της καύσης, που αναγκαστικά χάνεται στα αυτοκίνητα στην εξάτμιση και στο ψυγείο.
Επιπλέον, εφόσον τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα φορτίζονται κυρίως το βράδυ, τα εργοστάσια παραγωγής θα έχουν πιο ομοιογενή λειτουργία στον 24-ωρο κύκλο, κάτι που θα βελτιώσει τη συνολική απόδοσή τους.
Ακόμα, η ύπαρξη μπαταρίας κίνησης στα ηλεκτρικά (αλλά και τα υβριδικά) αυτοκίνητα τους προσφέρει ένα σημαντικό ενεργειακό πλεονέκτημα, καθώς επιτρέπει την ανάκτηση και αποθήκευση μέρους της ενέργειας του φρεναρίσματος, που αλλιώς θα χάνονταν σε θερμότητα.

Έξυπνο λογοπαίγνιο με τις λέξεις NOx (οξείδια του αζώτου) και Ox (Οξφόρδη), σε λεωφορείο της Οξφόρδης. Παρά τη μεγάλη κυκλοφορία των λεωφορείων (που κινούνται με φυσικό αέριο) στο κέντρο της πόλης, η χαρακτηριστική μυρωδιά του καυσαερίου απουσιάζει πλήρως. Φωτογραφία του γράφοντα.

Eκπομπές ΔτΑ ανάλογα με το καύσιμο και του κινητήριου συστήματος του αυτοκινήτου, λαμβάνοντας υπόψη την συνολική επιβάρυνση της ατμόσφαιρας με ΔτΑ, από την παραγωγή του καυσίμου μέχρι και τη χρήση του. Το αρνητικό ποσοστό στην μπλε περιοχή, είναι η ποσοστιαία μείωση εκπομπών ΔτΑ του συγκεκριμένου είδους καυσίμου σε σχέση με τη βενζίνη. Το Diesel ICE (BTL) είναι το βιοντίζελ. Κάτω από τη διακεκομμένη γραμμή, βρίσκονται τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου. Η πρώτη περίπτωση (Η2 Out of CNG), αφορά υδρογόνο που παράχθηκε από Φυσικό Αέριο.

Πηγή εικόνας: https://saharawind.com/en/sahara-wind-project-climate-change-links-to-energy-industry-mobility-and-global-food-security

Η εξέλιξη στη μείωση εκπομπών ΔτΑ, των καινούργιων αυτοκινήτων στη Βρετανία. Από το 2035 το νούμερο αυτό για όλη την ΕΕ θα είναι 0, ενώ η Βρετανία έχει θέσει σαν στόχο να το πιάσει το 2030. Πηγή εικόνας: https://www.smmt.co.uk/2014/03/uk-passes-eu-new-car-co2-emissions-landmark/

ΥΓ: Ειδήσεις του ΒΒC στα μέσα Σεπτ. 2023 δείχνουν ότι η Βρετανία μάλλον θα συνταχθεί τελικά με το Ευρωπαϊκό όριο του 2035 για την απαγόρευση των μη ηλεκτροκίνητων νέων οχημάτων. Αντίθετα η Νορβηγία έχει θέσει το δικό της αντίστοιχο όριο για το 2025.

Παραδόξως, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης μπορεί να γίνει ακόμα πιο «οικολογικός» από τον ηλεκτροκινητήρα, σε ότι αφορά τις εκπομπές ΔτΑ τουλάχιστον (οι εκπομπές ΝΟx δεν αποφεύγονται, αν και με τη νεότερη τεχνολογία περιορίζονται).
Αυτό μπορεί να συμβεί όταν ο κινητήρας καταναλίσκει καύσιμο που έχει παραχθεί από βιοκαλλιέργειες, όπως αλκοόλη ή βιοντίζελ (αν και το τελευταίο, προς το παρόν, πρέπει να αναμιχτεί με κανονικό ντίζελ για να καεί).

Στην περίπτωση της αλκοόλης όμως, έχουμε στην πραγματικότητα «ανακύκλωση» σε μεγάλο βαθμό του ΔτΑ, καθώς τα φυτά από τα οποία παράγεται απορροφούν ΔτΑ από την ατμόσφαιρα για την ανάπτυξή τους, το οποίο στη συνέχεια αποδίδεται πίσω στην ατμόσφαιρα κατά την καύση της αλκοόλης. Και η ουσιαστική κατανάλωση ενέργειας είναι αυτή του Ήλιου, για να μεγαλώσουν τα φυτά!

Βέβαια, ούτε στην περίπτωση των βιοκαυσίμων τα πράγματα είναι ιδανικά, με κυριότερο πρόβλημα τη δέσμευση γης για την καλλιέργεια των φυτών που θα παράγουν το καύσιμο, με αποτέλεσμα να υπάρξει πιθανότατα σημαντική αύξηση στις τιμές των τροφίμων, καθώς η διαθέσιμη γη για τις υπόλοιπες καλλιέργειες θα μειωθεί.

Μία άλλη κατεύθυνση για τη συνέχιση χρήσης του κινητήρα εσωτερικής καύσης, είναι η δημιουργία συνθετικών υγρών καυσίμων μηδενικού ανθρακικού αποτυπώματος (e-fuels). 

Η Porsche πρωτοπορεί προς αυτή την κατεύθυνση, σκοπεύοντας να παραγάγει συνθετικό καύσιμο στη Χιλή χρησιμοποιώντας αιολική ενέργεια.

Γενικά, για μία πλήρη εκτίμηση του οικολογικού αποτυπώματος ενός αυτοκινήτου θα πρέπει, πέρα από την ίδια την κατανάλωση του καυσίμου του, να λαμβάνεται υπόψη η δαπάνη ενέργειας για την κατασκευή του ίδιου του αυτοκινήτου, όπως και για την παραγωγή/μεταφορά του καυσίμου του, καθώς επίσης και για την ανακύκλωση των εξαρτημάτων του μετά το πέρας της ζωής του.
Για παράδειγμα, η αλλαγή του αυτοκινήτου κάθε δύο χρόνια είναι σαφώς εναντίον της συνολικής εξοικονόμησης ενέργειας, ενώ η αλλαγή του κάθε δέκα χρόνια σίγουρα είναι μια θετική ενέργεια.
Μια έρευνα του 2021 του Reuters, κατέληξε στο ότι ένα μέσο ηλεκτρικό αυτοκίνητο χρειάζεται από μισό μέχρι πέντε χρόνια συνήθους οδήγησης (με τυπικό διάστημα τον ενάμιση χρόνο) για να ισοσταθμίσει την παραγωγή ΔτΑ από την κατασκευή του μέχρι και τη χρήση του εκείνη τη στιγμή, σε σχέση με ένα συμβατικό όχημα, ανάλογα με τη φύση της ενέργειας που χρησιμοποιείται για την παραγωγή του ηλεκτρισμού για τη φόρτισή του. Με τη μικρότερη διάρκεια να αναφέρεται στην παραγωγή του ηλεκτρισμού από υδατοπτώσεις (πχ Νορβηγία), ενώ τη μεγαλύτερη στην παραγωγή από άνθρακα (πχ Πολωνία).

Ακόμα, σύμφωνα με στοιχεία στις αρχές του 2024 (https://www.4troxoi.gr/blog/ta-ev-einai-pio-prasina-apo-ta-symvatika/), συγκρίνοντας τις συνολικές εκπομπές ΔτΑ στον πλήρη κύκλο ζωής δύο BMW, της ηλεκτροκίνητης i5 eDrive40 και της (mild) βενζινοκίνητης 520i, τα νούμερα είναι 30 και 46 τόνοι αντίστοιχα. 

Υπόψην, ότι στα παραπάνω δεν υπολογίστηκε το "rebound effect" δηλαδή η ενδεχόμενη αύξηση της χρήσης του ηλεκτρικού αυτοκινήτου σε σχέση με το συμβατικό που θα αντικαταστήσει, επειδή θα θεωρείται περισσότερο οικολογικό ή θα είναι πιο οικονομικό στη χρήση του, κάτι που θα αναιρεί μέρος των πλεονεκτημάτων του.

Ενδιαφέρον έχει, ότι θεωρώντας σαν τυπικό κύκλο ζωής ενός αυτοκινήτου τα 200.000km, τα plug-in υβριδικά δίνουν παρόμοια επιβάρυνση ΔτΑ στο περιβάλλον με τα αμιγώς ηλεκτρικά (με δεδομένα του 2023, για την κατασκευή μπαταριών και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας).

Μάλιστα για το 2024, το συνολικά πιο οικολογικό αυτοκίνητο ανακηρύχθηκε ένα plug-in υβριδικό, το νέο Toyota Prius: (https://www.zougla.gr/automoto/automoto-news/erevna-to-katharotero-ochima-ston-kosmo-einai-yvridiko-kai-ochi-ilektriko/)

Κάποιες βιομηχανίες, προκειμένου να μη σταματήσουν τις γραμμές παραγωγής συμβατικών αυτοκινήτων μέχρι το 2035, οπότε η ΕΕ θα απαγορεύσει την πώληση νέων αυτοκινήτων με θερμικούς κινητήρες, σκοπεύουν να τις μετατρέψουν σε γραμμές ανακατασκευής/εκμοντερνισμού συμβατικών μεταχειρισμένων αυτοκινήτων σε καλή κατάσταση. 

Κάτι, που μάλλον θα ωφελήσει το συνολικό ενεργειακό αποτύπωμα της κατασκευής και χρήσης των αυτοκινήτων.

Καλό είναι να έχουμε πάντα κατά νου και την ειδική ενεργειακή κατανάλωση διαφόρων μέσων μεταφοράς, που στον παραπάνω πίνακα δίνονται σε Megajoules ανά επιβάτη και ανά χιλιόμετρο. Η κατανάλωση ενέργειας είναι η καθαρή του οχήματος, χωρίς να ληφθεί υπόψη η ενεργειακή επιβάρυνση από την παραγωγή/διανομή του εκάστοτε καυσίμου.
Πηγή εικόνας: https://luispatricio.ca/2022/04/26/bicycle-the-apex-of-energy-efficiency/

Πάντως, παρόλο που προς το παρόν δεν υπάρχει «μαγική» λύση, η ηλεκτροκίνηση είναι η πλέον υποσχόμενη μέθοδος για να μειώσει τόσο την παραγωγή ΔτΑ από τα αυτοκίνητα, αλλά και τις δηλητηριώδεις εκπομπές τους στις πόλεις.

To μεγάλο μειονέκτημα της ηλεκτροκίνησης είναι η περιορισμένη εμβέλεια που δίνουν οι ηλεκτρικοί συσσωρευτές, που οφείλεται στην πολύ χαμηλή ενεργειακή πυκνότητά τους. Παρότι η τιμή αυτή έχει βελτιωθεί σημαντικά τα τελευταία χρόνια, όπως δείχνει το διάγραμμα επάνω (και θα συνεχίσει να βελτιώνεται), βρίσκεται προς το παρόν 40 περίπου φορές χαμηλότερα από τη αντίστοιχη των υγρών καυσίμων (συσσωρευτές 300 Wh/kg ή 1.1 ΜJ/kg, υγρά καύσιμα 46 ΜJ/kg). Ένα δεύτερο μειονέκτημα είναι ο χρόνος φόρτισης, που έχει όμως μειωθεί σημαντικά με την αύξηση της τάσης και της ισχύος φόρτισης. Πηγή εικόνας: https://www.counterpointresearch.com/competition-driving-innovation-ev-battery-market/ Εκτιμάται, ότι σε μερικές δεκαετίες οι συσσωρευτές ίσως αντικατασταθούν με "υπερπυκνωτές", με μικρότερο βάρος και πολύ μικρότερο χρόνο φόρτισης (εικόνα κάτω).

Άλλες λύσεις και "τρυκ".

H Audi ισχυρίζεται ότι έχει βρει τρόπο, ώστε όσα αυτοκίνητά της καίνε φυσικό αέριο να είναι ουδέτερα ως προς το ΔτΑ.
Η μέθοδος είναι να χρησιμοποιεί αιολική ενέργεια για ηλεκτροπαραγωγή σ' ένα εργοστάσιό της στη Γερμανία, ώστε τελικά να παράγει υδρογόνο με ηλεκτρόλυση.
Το υδρογόνο αυτό, σε ειδικό τμήμα του εργοστασίου "μεθανοποιείται" συνδυάζεται δηλαδή με ΔτΑ για να δώσει μεθάνιο (ουσιαστικά φυσικό αέριο), το οποίο μπορεί να διατεθεί στο δίκτυο της χώρας.
Ο οδηγός λοιπόν ενός Audi φυσικού αερίου, έχει μια πιστωτική κάρτα στην οποία του χρεώνεται το καύσιμο απ' όποιον σταθμό της χώρας και αν "γεμίσει".
Η κάρτα αυτή όμως επικοινωνεί αυτόματα και με το εργοστάσιο παραγωγής μεθανίου της Audi, ώστε να τροφοδοτήσει το εθνικό δίκτυο με ισόποση ποσότητα φυσικού αερίου, με αυτή που γέμισε το αυτοκίνητο.

Εδώ χρειάζεται να γίνει και ένα σχόλιο για το φυσικό αέριο (δηλαδή το μεθάνιο) σαν καύσιμο οχημάτων, καθώς εμφανίζεται σαν πολύ καθαρότερο στην καύση του από τα κλασικά αποστάγματα του πετρελαίου, τη βενζίνη και το πετρέλαιο.
Και πράγματι έτσι είναι, αλλά κυρίως για το περιβάλλον που κινείται το όχημα.

Η μέθοδος της υδραυλικής ρηγμάτωσης-fracking (αριστερά) για τη συλλογή του φυσικού αερίου, σε σχέση με την κλασική (δεξιά) που τρυπάει σε υπάρχοντες θύλακες αερίου. Πηγή εικονας: https://socratic.org/questions/how-does-fracking-differ-from-current-natural-gas-extraction-methods

Γιατί, μία από τις πιο διαδεδομένες διαδικασίες εξόρυξης του φυσικού αερίου (χρησιμοποιείται και για το πετρέλαιο), η υδραυλική ρηγμάτωση (ή ρωγμάτωση) που χρησιμοποιείται για την εξόρυξή του από σχιστολιθικά πετρώματα ειδικά στις ΗΠΑ, φαίνεται ότι είναι πολύ επιβαρυντική για το ευρύτερο περιβάλλον της περιοχής.

Σύμφωνα με τη διαδικασία αυτή, νερό ανακατεμένο με άμμο και κάποια χημικά στέλνεται με πίεση σε μεγάλο βάθος στο πέτρωμα, όπου δημιουργεί ρήγματα, διευκολύνοντας έτσι το αέριο να μετακινηθεί και να αντληθεί στη συνέχεια από τους ίδιους σωλήνες, που έχουν και το ρόλο του συλλέκτη του αερίου.
Η μέθοδος αυτή όμως, κατ’ αρχή χρησιμοποιεί μεγάλες ποσότητες νερού, το οποίο αν και ανακυκλώνεται σε σημαντικό ποσοστό, επιστρέφει μολυσμένο (ακόμα και με ραδιενεργά υλικά) με μεγάλες πιθανότητες να μολύνει τον υδροφόρο ορίζοντα. 

Επιπλέον, ποσότητα μεθανίου που μπορεί να φθάσει και στο 10% του αντλούμενου διαφεύγει στην ατμόσφαιρα, και πέρα από την τοπική ρύπανση συμβάλλει (με πολλαπλάσια επίδραση από ίση ποσότητα ΔτΑ) στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Ακόμα και σεισμοί συνδέονται με την υδραυλική ρηγμάτωση, καθόλου παράξενο καθώς τα πετρώματα μετακινούνται έστω και λίγο κατά την εφαρμογή της υδραυλικής πίεσης.
Για τους παραπάνω λόγους η υδραυλική ρηγμάτωση συναντά έντονη αντίδραση ειδικά στην Ευρώπη, όπου ουσιαστικά δεν εφαρμόζεται, ενώ στις ΗΠΑ εφαρμόζεται εκτεταμένα καθώς εκεί για οικονομικο-στρατηγικο-πολιτικούς λόγους, δίνεται προτεραιότητα στην ενεργειακή ανεξαρτησία της χώρας.

Με την ευκαιρία, μια πληροφορία που πρέπει να ενδιαφέρει τους "κρεατοφάγους" με οικολογική συνείδηση:
Για την "παραγωγή" ενός κιλού βοδινού κρέατος εκλύεται στην ατμόσφαιρα μεθάνιο, που αντιστοιχεί σε 35 περίπου κιλά ΔτΑ (το μεθάνιο έχει περισσότερο από 20 φορές δυσμενέστερο "αποτύπωμα" από το ΔτΑ για το φαινόμενο του θερμοκηπίου, αλλά τουλάχιστον είναι σχετικά βραχύβιο).
Για σύγκριση, αντίστοιχη ποσότητα ΔτΑ εκλύεται από ένα υβριδικό Toyota Prius (με εκπομπές ΔτΑ 70 gr/km), για διαδρομή σχεδόν 500 km!

Μία μέθοδος αποθήκευσης του υδρογόνου μέσα στο μόριο του φορμικού (μυρμηκικού) οξέος μοιάζει να είναι πολλά υποσχόμενη, τόσο για τη δέσμευση μέρους του διοξειδίου του άνθρακα (ΔτΑ) από την ατμόσφαιρα, όσο και για την εύκολη αποθήκευση του υδρογόνου, ώστε να χρησιμοποιηθεί σε κυψέλες καυσίμου για την κίνηση των ηλεκτρικών οχημάτων.
Το μόριο του φορμικού οξέος (HCOOH) αποτελείται ουσιαστικά από ΔτΑ και υδρογόνο, με το τελευταίο να περιέχεται σε ποσότητα 53 g ανά λίτρο φορμικού οξέος.

Το φορμικό οξύ μπορεί να συντεθεί από βιομάζα και ΔτΑ. Πηγή εικόνας:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468823119305760 

Ένα από τα πλεονεκτήματα του φορμικού οξέος είναι ότι μπορεί να μεταφέρεται μέσα σε δοχεία σε συνθήκες περιβάλλοντος, ενώ μια πρόσφατη εξέλιξη αφορά τη μέθοδο ανάκτησης του υδρογόνου από το φορμικό οξύ, που παρουσία ενός διμεταλλικού καταλύτη παλλαδίου – χρυσού, φαίνεται να μπορεί να γίνει με αρκετά πιο απλό και αποδοτικό τρόπο.

Μία άλλη μέθοδος που ανακοινώθηκε στις αρχές του 2024 από Κοεάτες ερευνητές, είναι η απορρόφηση του υδρογόνου σε πορώδες βορο-υδρίδιο του μαγνησίου, με διπλάσια πυκνότητα από τα μέχρι τώρα συμβατικά συστήματα. 

Υπόψην ότι, η ενεργειακή πυκνότητα του υδρογόνου (με βάση τη μάζα του), είναι υψηλότερη από αυτήν των υγρών καυσίμων.

Εναλλακτικά, η Toyota μελετά τη χρήση "πράσινης" αμμωνίας σαν καυσίμου και έχει ήδη κατασκευάσει έναν πρότυπο κινητήρα. Το μόριο της αμμωνίας (εικόνα κάτω) αποτελείται άπο ένα άτομο αζώτου και τρία υδρογόνου, οπότε δεν περιέχει άνθρακα και συνεπώς η καύση της δεν μπορεί να δώσει ΔτΑ.

Και ειδικά στην "πράσινη" αμμωνία, το υδρογόνο με τη σειρά του προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές. Όμως και η αμμωνία δεν είναι χωρίς προβλήματα, καθώς είναι διαβρωτική, δηλητηριώδης και αρκετά εύφλεκτη. Ίσως πιο πρακτική θα είναι η χρήση της στους μεγάλους ναυτικούς κινητήρες.

Αντέχουν τα εθνικά δίκτυα?

Πολλοί αναρωτιούνται αν τα εθνικά ηλεκτρικά δίκτυα θα μπορέσουν να ανταπεξέλθουν τόσο στις απαιτήσεις ενός συνεχώς αυξανόμενου αριθμού σημείων φόρτισης, όσο και στις απαιτήσεις μιας τεχνολογίας που επιτρέπει συνεχώς αυξανόμενη ισχύ φόρτισης (βασικού παράγοντα για τη μείωση του χρόνου φόρτισης).
Για το πρώτο, η απάντηση είναι ότι η αύξηση αυτή θα είναι σχετικά αργή, ώστε τα δίκτυα θα προλάβουν να προσαρμοστούν, και εξάλλου κάποιες τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας (όπως η γενίκευση της χρήσης φωτιστικών LED κλπ) θα επιβραδύνουν αυτή την αύξηση. 

Μία άλλη λύση είναι η εφαρμογή μεταβλητής χρέωσης, ώστε η φόρτιση σε ώρες χαμηλότερης χρήσης του δικτύου να είναι πιο συμφέρουσα.
Για το δεύτερο, μια λύση που ήδη εφαρμόζεται, είναι να υπάρχουν συσσωρευτές σε κάθε συγκρότημα φόρτισης μεγάλης ισχύος (το τελευταίο σε μέγεθος κοντέινερ) που θα διατηρούνται φορτισμένοι τραβώντας μέτρια σχετικά ισχύ από το δίκτυο, αλλά θα μπορούν να δώσουν πολύ μεγαλύτερη ισχύ και να φορτίσουν πλήρως μέσα σε 10-15 λεπτά τον συσσωρευτή ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου.
Αν μάλιστα στο μέλλον οι συσσωρευτές αντικατασταθούν από υπερπυκνωτές ή άλλα συστήματα (βλ παρακάτω και το ΥΓ2), η διαδικασία θα γίνει πολύ ταχύτερη.

Μια εναλλακτική λύση είναι οι συσσωρευτές "κινητικής ενέργειας", όπως της ισραηλινής Chakratec (εικόνα κάτω).

Τα συστήματα αυτά βασίζονται σε ένα μηχανικό σφόνδυλο βάρους 150 kg, ο οποίος επιταχύνεται αργά με περιορισμένη ισχύ από ένα ενσωματωμένο μοτέρ σε χιλιάδες στροφές το λεπτό, και μετά το ίδιο μοτέρ ενεργώντας ως γεννήτρια μπορεί να φορτίσει γρήγορα και με μεγάλη ισχύ τη μπαταρία του αυτοκινήτου. Η αρχή αυτή μάλιστα είχε δοκιμαστεί παλαιότερα και σε εγκατάσταση επάνω σε αυτοκίνητο με σκοπό την κατάργηση των μεγάλων συσσωρευτών, αλλά επηρέαζε τη δυναμική του αυτοκινήτου, ενώ στην προτεινόμενη λύση θα πρόκειται για στατική εφαρμογή.

Μία ακόμα πιο "κομψή" λύση που εφαρμόζεται μάλιστα από ελληνική εταιρεία (easypower) είναι ο συνδυασμός φωτοβολταϊκών στοιχείων με μεγάλες μπαταρίες και DC ταχυφορτιστές. Στην περίπτωση αυτή, τα φωτοβολταϊκά τροφοδοτούν τους ταχυφορτιστές ή/και τις μπαταρίες (ανάλογα με την ηλιοφάνεια και τη ζήτηση φόρτισης) και οι τελευταίες τους DC ταχυφορτιστές.

Φυσικά υπάρχει και σύνδεση με το εθνικό δίκτυο είτε για να συμπληρώνεται ενέργεια αν χρειαστεί, είτε για να επιστρέφεται στο δίκτυο αν περισσεύει.

Το σύστημα αυτό προσφέρει μία ενεργειακή εξοικονόμιση μέχρι και 10%, καθώς η μετατροπή ενέργειας γίνεται κατ' ευθείαν DC-DC και όχι DC-AC-DC.

Το (κοντινό) μέλλον των μπαταριών.

Στα μέσα του 2023, η πολυεθνική Stellantis ανακοίνωσε την προοπτική κατασκευής μιας επαναστατικής μπαταρίας κίνησης (IBIS) για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, η οποία δεν θα χρειάζεται εξωτερικό ανορθωτή για τη φόρτισή της ούτε μετατροπέα (inverter) για την τροφοδότηση του κινητήρα, μειώνοντας σημαντικά το βάρος του οχήματος. Η πρόβλεψη είναι να βγει στην αγορά μέχρι το τέλος της δεκαετίας. 

Βλέπε και: https://www.industrytap.com/stellantis-unleashes-game-changing-battery-empowering-smaller-affordable-evs/67879

Επίσης, η Σουηδική Northvolt αναπτύσσει μία μπαταρία ιόντων νατρίου για ηλεκτρικά αυτοκίνητα, η οποία αν και προς το παρόν υπολείπεται  της ενεργειακής πυκνότητας των σύγχρονων μπαταριών ιόντων λιθίου, δεν χρησιμοποιεί σπάνια μέταλλα (λίθιο, κοβάλτιο κλπ), τα οποία έχουν καταστήσει την Κίνα κυρίαρχο στην αγορά αυτών των μπαταριών.

Μπαταρίες ιόντων νατρίου, που μάλιστα θεωρεί δεύτερης γενιάς, ετοιμάζει και η κινέζικη CATL για το 2025, με ιδιαίτερο χαρακτηριστό την αντοχή τους σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.

Η CATL φτάνει επίσης στην ολοκλήρωση των δοκιμών (τέλος 2023)  μπαταρίας φωσφορικού σιδήρου λιθίου (LFP) που έχει δυνατότητα φόρτισης 4C, δηλαδή με ένταση τετραπλάσια από αυτή που αντιστοιχεί στην ένταση της φόρτισης ή εκφόρτισης σε μία ώρα (που είναι ο αριθμός -σε αμπέρ- των ονομαστικών αμπερωρίων μιας μπαταρίας). Αν και πρόσφατα στοιχεία (2024), δείχνουν ότι κορεάτικες εταιρείες με την υποστήριξη της Hyundai ίσως προηγηθούν στην εμπορική κατασκευή των LFP.

Από την άλλη πλευρά, οι Ιάπωνες κατασκευαστές (με προεξάρχουσα την Toyota) ερευνούν εντατικά τις μπαταρίες ηλεκτρολύτη στερεάς κατάστασης, μια μπαταρία που θα χρησιμοποιεί τη μισή ποσότητα λιθίου από τις σύγχρονες υγρού ηλεκτρολύτη, αλλά δεν φαίνεται ότι θα είναι έτοιμες για εμπορική χρήση αρκετά πριν από το τέλος της δεκαετίας.

Στις αρχές του 2024, ανακοινώθηκε ότι στη σχολή Cornell Engineering του ομώνυμου πανεπιστημίου της πολιτείας της Νέας Υόρκης, αναπτύσσονται μπαταρίες με άνοδο από το στοιχείο Ίνδιο, που μπορούν να φορτίσουν σε 5(!) λεπτά, χωρίς έκπτωση στα υπόλοιπα χαρακτηριστικά τους (με εξαίρεση το λίγο μεγαλύτερο βάρος). 

Ενώ προς το τέλος της ίδιας χρονιάς (2024), η γαλλική ProLogium ανακοίνωσε τα πολύ ενθαρυντικά αποτελέσματα δοκιμών από μία μπαταρία ανόδου πυριτίου, με δυνατότητα φόρτισης από 5% στο 60% σε 5 λεπτά, κάτι που θα πρόσθετε περίπου 300km εμβέλειας στο ηλεκτρικό όχημα.

Μήπως το μέλλον είναι ήδη εδώ;

Αυτό ουσιαστικά ισχυρίζεται η Ισραηλινο-Αυστραλιανή Electriq~Global η οποία αναπτύσσει από το 2018 ένα είδος "στερού" υδρογόνου (υδρογόνου που έχει σχηματίσει σταθερό δεσμό με κάποιο ειδικό προϊόν-καταλύτη σε μορφή σκόνης), και το οποίο μπορεί εύκολα να απελευθερωθεί χρησιμοποιώντας πολύ μικρότερη δαπάνη ενέργειας από αυτή που απαιτεί η συμβατική παραγωγή του υδρογόνου, είτε με ηλεκτρόλυση είτε με διάσπαση υδρογονανθράκων.

Το 2024 μάλιστα, ανακοίνωσαν την παραγωγή υδρογόνου από συσκευή κατάλληλη για τοποθέτηση σε αυτοκίνητα, η οποία χρησιμοποιώντας νανο-μεμβράνες και χαμηλή ενέργεια μπορεί να απελευθερώνει το υγρογόνο που απαιτείται σε "real time", από ένα "καύσιμο" που περιέχει 60% νερό. Αφού έχει αφαιρεθεί το υδρογόνο από το ειδικό αυτό καύσιμο, το υπόλοιπο αποθηκεύεται για αποστολή και "επαναφόρτιση" στον παραγωγό του.

Η Electriq~Global ισχυρίζεται ότι με αυτή τη μέθοδο η ακτίνα δράσης των οχημάτων διπλασιάζεται σε σχέση με τα ηλεκτρικά, το κόστος μειώνεται στο μισό σε σχέση με αυτά του υδρογόνου σε φιάλες υπό πίεση, και ο χρόνος ανεφοδιασμού γίνεται συγκρίσιμος με αυτόν των συμβατικών καυσίμων. Ενώ, η ενεργειακή πυκνότητα του καυσίμου είναι 15-πλάσια των σύγχρονων μπαταριών.

Λίγα για τη φόρτιση των ηλεκτρικών οχημάτων.

Οι μπαταρίες κίνησης των ηλεκτρικών οχημάτων φορτίζουν είτε με εναλλασσόμενο ρεύμα, είτε και με συνεχές ρεύμα. Στην τελευταία περίπτωση, η φόρτιση με συνεχές ρεύμα αναφέρεται και σαν "ταχεία".

Εδώ να σημειωθεί ότι κάθε σύστημα Ηλεκτρικού Αυτοκινήτου από 60 VDC και άνω θεωρείται Υψηλής Τάσης, και εφαρμόζονται ειδικές διατάξεις ασφαλείας.

Υπάρχουν γενικά 3 μέθοδοι φόρτισης στην ΕΕ, που καθορίζονται από τον κανονισμό IEC 61851-1 και αναφέρονται σαν "Mέθοδοι" (Modes): 2, 3 και 4 (η Mέθοδος 1 δεν επιτρέπεται πλέον, επειδή δεν προβλέπει επικοινωνία φορτιστή-αυτοκινήτου).

Υπάρχει και η αμερικανική τυποποίηση κατά SAE J1772 για τη φόρτιση των μπαταριών που αναφέρεται σε "Eπίπεδα" (Levels), 3 συνολικά, αλλά δεν περιλαμβάνει ουσιαστικά επικοινωνία φορτιστή - αυτοκινήτου, οπότε δεν χρησιμοποιείται στην Ευρώπη.

Στην ΕΕ η τροφοδότηση των οχημάτων γίνεται είτε από μονοφασικό ρεύμα 230V, είτε από τριφασικό 400V για μεγαλύτερη ισχύ.

Οι οικιακές φορτίσεις είναι τυπικά με τη Mέθοδο 2 με μονοφασικό ρεύμα, για ονομαστική ισχύ φόρτισης 2.3kW (10A) με συσκευή ελέγχου της φόρτισης ενσωματωμένη στο καλώδιο φόρτισης. Υπάρχουν επίσης και οι ονομαστικές ισχείς 3.7kW  (16A) και 7.4 kW (32A) , από επιτοίχιο (μονοφασικό) φορτιστή. 

Γενικά, οι επιτοίχιοι ή σταθεροί φορτιστές αναφέρονται και σαν "Σταθμοί Φόρτισης".

Αντίστοιχα, οι εταιρικές ή δημόσιες φορτίσεις είναι με τη Mέθοδο 3, τριφασικές, για ονομαστική ισχύ φόρτισης συνήθως 11kW (16A), ή 22kW (32A).

Κάποιες από τις εταιρικές ή δημόσιες φορτίσεις μπορεί να χρησιμοποιούν και τη Mέθοδο 4 (συνεχούς ρεύματος ή ταχεία), για ονομαστική ισχύ φόρτισης από 40kW μέχρι 350kW.

Να σημειωθεί εδώ, ότι οι τροφοδοτήσεις εναλλασσόμενου ρεύματος (Mεθόδου 2 και 3) μετατρέπονται σε συνεχές ρεύμα για την τροφοδότηση της μπαταρίας από τα συστήματα του ίδιου του αυτοκινήτου, ενώ αυτή της Mεθόδου 4 (ταχεία) μετατρέπει το τριφασικό εναλλασσόμενο του δικτύου σε συνεχές ρεύμα στη σταθερή εγκατάσταση του φορτιστή (εξαιτίας του όγκου και του βάρους των απαιτούμενων εξαρτημάτων) και τροφοδοτεί μέσω του καλωδίου σύνδεσης με συνεχές ρεύμα κατ΄ευθείαν τη μπαταρία του οχήματος (βλ. Εικόνα 2).

Τα υβριδικά plug in αυτοκίνητα χρησιμοποιούν κατά κανόνα τους AC φορτιστές, υπάρχουν όμως και κάποια που μπορούν να χρησιμοποιούν και τους DC.

Εικόνα 1. Αγνοείστε τη Mέθοδο 1, που δεν χρησιμοποιείται πλέον. 

Πηγή εικόνας: https://deltrixchargers.com/about-emobility/charging-modes/

Σε κάθε περίπτωση όμως, για τη φόρτιση μεσολαβεί μία συσκευή (φορητή ή επιτοίχια στη Μέθοδο 2, σε σταθερή βάση για τις Mεθόδους 3 και 4), για τη μέτρηση και  τιμολόγηση της ενέργειας φόρτισης, για να ρυθμίζεται η ισχύς φόρτισης με συνεχή αμφίδρομη επικοινωνία με το σύστημα του αυτοκινήτου, και τέλος για να εξασφαλίζεται η ενημέρωση από και προς τον χρήστη του οχήματος (συγκεκριμένα, η φορητή συσκευή της Mεθόδου 2 εξασφαλίζει μόνο τη ρύθμιση της έντασης φόρτισης). 

Εικόνα 2. Είναι κυρίως οι πρίζες Type 2 στο AC, και CCS2 (Type 3) στο DC, που έχουν ενδιαφέρον για την Ελλάδα. Πηγή εικόνας: https://www.versinetic.com/news-blog/ev-charging-connector-types-guide/

Πάντως, εφόσον η ονομαστική ισχύος του σημείου φόρτισης είναι διαφορετική από την ικανότητα μεταφοράς του καλωδίου σύνδεσης ή της ισχύος φόρτισης του οχήματος, η φόρτιση θα γίνει με τη μικρότερη από τις τρείς τιμές.

Σχετικά με τους τύπους των ακροδεκτών (πριζών και φις), υπάρχουν ουσιαστικά δύο τύποι, αυτός του εναλλασσόμενου ρεύματος που ονομάζεται Tύπου 2 (Type 2, ή Mennekes) και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε φορτίσεις Mεθόδου 2 και Mεθόδου 3, και αυτός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για συνεχές ρεύμα και ονομάζεται CCS2, ή Combo 2, ή Type 3 και χρησιμοποιείται με τη Mέθοδο 4.

Υπάρχει και ένας ιδιαίτερος ακροδέκτης συνεχούς ρεύματος (CHAdeMO) που χρησιμοποιείται από ορισμένα ιαπωνικά οχήματα (αλλά τείνει να εκλείψει), καθώς και ένας άλλος τύπος που τον χρησιμοποιεί αποκλειστικά η Tesla με τους δικούς της φορτιστές (Superchargers).

Επίσης, σε περίπτωση πολλών ισχυρών φορτιστών στο ίδιο τοπικό δίκτυο, υπάρχουν λύσεις management των φορτίσεων, ώστε αν αρκετοί φορτιστές ζητηθεί να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα να περιορίζεται αυτόματα η ισχύς φόρτισης του καθενός, για να μην υπερφορτωθεί το δίκτυο.

Άλλες χρήσεις των Ηλεκτρικών Αυτοκινήτων.

Πέρα από την προφανή, δηλαδή τις μεταφορές, ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο μπορεί να χρησιμοποιηθεί, με την κατάλληλη διάταξη, για να τροφοδοτήσει ένα σπίτι (V2H) σε περίπτωση πχ black out του εθνικού δικτύου, ή ένα απομονωμένο φορτίο (V2L) όπως συσκευές σε ένα κάμπιγκ ή ένα απομονωμένο οίκημα. Μια πιο γενική χρήση είναι να τροφοδοτήσει το εθνικό δίκτυο (V2G), εφόσον βέβαια χρησιμοποιεί ειδικό φορτιστή, και αυτή η ενέργεια να πληρώνεται από τον Διαχειριστή του δικτύου υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Πηγαίνοντας ένα βήμα παραπέρα, το ΗΑ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν προσωρινή "αποθήκη" ηλεκτρικής ενέργειας, φορτίζοντας το βράδυ με χαμηλό κόστος ρεύματος και στέλνοντας ενέργεια στο δίκτυο τις ώρες αιχμής (αρκεί φυσικά το όχημα να είναι διαθέσιμο), οπότε ο ιδιοκτήτης θα μπορεί να έχει κάποιο οικονομικό όφελος. Φυσικά, η ισχύς που θα επιστρέφεται στο δίκτυο θα είναι συγκρίσιμη με τη δυνατότητα της AC φόρτισης, καθώς στο όχημα πρέπει να παραμένει πάντα αρκετή ενέργεια για όποια ανάγκη προκύψει.

Ανακύκλωση μπαταριών.

Το τοπίο πάντως είναι ακόμα κάπως θολό σε ότι έχει σχέση με την πλήρη ανακύκλωση των μπαταριών των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, δεδομένου ότι η τεχνολογία των μπαταριών φαίνεται να απομακρύνεται από τη χρήση σπανίων στοιχείων (πχ κοβαλτίου). Κατά συνέπεια, πολλές επιχειρήσεις διστάζουν να κάνουν μεγάλες επενδύσεις πλήρους ανακύκλωσης, ώστε να ανακτήσουν και να  επαναχρησιμοποιήσουν τα υλικά αυτά.

Υπάρχει όμως η δυνατότητα οι μπαταρίες κίνησης των οχημάτων να αποκτήσουν μια "δεύτερη ζωή" μετά που θα γίνουν ακατάλληλες για χρήση στα αυτοκίνητα, δηλαδή όταν η μέγιστη χωρητικότητά τους πέσει κάτω από το 80% της αρχικής κάτι που αναμένεται μετά από μία δεκαετία χρήσης τους. Στην περίπτωση αυτή η μπαταρία λύνεται, τα στοιχεία της (cells) ελέγχονται, και ξανασυναρμολογείται με νέο ταίριασμα στοιχείων (ενδεχομένως και με χρήση στοιχείων από άλλες μπαταρίες).

Στη συνέχεια, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε στατικές εφαρμογές για την ενίσχυση του δικτύου με έγχυση ισχύος στις κατάλληλες στιγμές, καθώς τα συστήματα από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (τα οποία αποτελούν όλο και μεγαλύτερο ποσοστό της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας), παρουσιάζουν σημαντικά και απότομα σκαμπανεβάσματα ισχύος. 

Με αυτές συνθήκες, η μπαταρία μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί μέχρι η χωρητικότητά της να πέσει στο 60% της αρχικής, οπότε μετά θα πάει για ανακύκλωση (προς το παρόν -2024- εκτός Ελλάδας).

Αναγεννητικό φρενάρισμα. 

Σχετικά με το αναγεννητικό φρενάρισμα και τους κινητήρες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, μπορείτε να βρείτε βασικές πληροφορίες στο ίδιο blog, link: https://geometax12.blogspot.com/2018/07/blog-post_9.html, θέματα Νο116 και Νο117. 

                                                                                             Γ. Μεταξάς