Αντώνης Κλαδάς: Η ηλεκτροκίνηση μοχλός οικονομικής ανάπτυξης

Οι μπαταρίες λιθίου είναι αυτές που στην παρούσα φάση - και για αρκετά χρόνια ακόμα - αναμένεται όχι μόνο να δώσουν σημαντική ώθηση στην ηλεκτροκίνηση, αλλά να αξιοποιηθούν συνδυαστικά και στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, συμβάλλοντας στην εξισορρόπηση παραγωγής και κατανάλωσης των ηλεκτρικών δικτύων, μέσω της συμμετοχής τους σε μικρά υβριδικά συστήματα ηλεκτροπαραγωγής από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ).

Ωστόσο, η τεχνολογία υδρογόνου δεν έχει πει την τελευταία της λέξη, καθώς συνεχίζει να εξελίσσεται, ενώ  πιθανή επέκταση στο μεσοπρόθεσμο μέλλον  σε μεγαλύτερους όγκους παραγωγής ενδέχεται να μειώσει τα κόστη, και να μπορέσει να παίξει το ρόλο στρατηγικού καυσίμου για την ενεργειακή απεξάρτηση της Ευρώπης και τη βιώσιμη ανάπτυξη.

Στο μεταξύ η Ελλάδα πρέπει να αξιοποιήσει τη μεταβατική αυτή περίοδο, τις ευκαιρίες που παρουσιάζονται από την υιοθέτηση τεχνολογιών φιλικών στο περιβάλλον για τη δική της παραγωγική ανάπτυξη, προωθώντας τις μικρές ενεργειακές κοινότητες στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, αλλά και τη μετατροπή συμβατικών οχημάτων σε ηλεκτρικά.

Αυτά λέει μεταξύ άλλων ο Καθηγητής της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και Διευθυντής του Εργαστηρίου Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος, Αντώνης Κλαδάς

Στην πρόσφατη έκθεση αυτοκινήτου της Φρανκφούρτης, εκτός από τα πολλά ηλεκτρικά μοντέλα με μπαταρίες λιθίου είδαμε και κάποια πρωτότυπα με κυψέλες υδρογόνου. Προς τα πού πηγαίνουμε;

Οι μπαταρίες λιθίου είναι η τεχνολογία που επέτρεψε τη διάδοση των ηλεκτρικών οχημάτων και έχει αυτή τη στιγμή τεράστια αποδοχή και εφαρμογή. Το μεγάλο πλεονέκτημά τους είναι ότι διαθέτουν μεγάλη πυκνότητα ενέργειας και έχουν πολύ μικρή εσωτερική αντίσταση και πολύ μικρές εσωτερικές καταναλώσεις. Όταν αποθηκεύεται ενέργεια και όταν χρησιμοποιείται στη συνέχεια η ενέργεια που έχει αποθηκευθεί  εμφανίζουν ελάχιστες απώλειες, με το βαθμό απόδοσης να ξεπερνά το 99%.

Οι μπαταρίες λιθίου των ηλεκτρικών αυτοκινήτων μπορούν επίσης να συνδυαστούν με τις  μελλοντικές απαιτήσεις αποθήκευσης ενέργειας των ηλεκτρικών δικτύων για την ευρεία διείσδυση παραγωγής από ΑΠΕ. Μάλιστα, τα μικρά υβριδικά συστήματα ΑΠΕ που αποτελούν υποσχόμενη  εξέλιξη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούν να χρησιμοποιούν ως  στοιχείο αποθήκευσης  τις μπαταρίες αυτές για να εξυπηρετήσουν τις χρονικές αποκλίσεις μεταξύ της παραγόμενης ενέργειας από ΑΠΕ και αυτής των γειτονικών καταναλωτών του δικτύου.

Και το υδρογόνο;

Το υδρογόνο, από την πλευρά του, είναι ένα εναλλακτικό καύσιμο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στα Fuel Cells (τις κυψέλες καυσίμου των ηλεκτρικών οχημάτων) για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, το οποίο μάλιστα επιτρέπει όχι μόνο την αποθήκευση, αλλά και τη μεταφορά ενέργειας. Όπως υπάρχουν λοιπόν δίκτυα φυσικού αερίου μπορούν να αναπτυχθούν και δίκτυα υδρογόνου – και αυτό το καθιστά ελκυστικότερο ως μελλοντικό μη ρυπογόνο καύσιμο. Ωστόσο αυτή τη στιγμή η παραγωγή του στην απαιτούμενη καθαρότητα και η διαχείρισή του είναι ιδιαίτερα πολύπλοκες και σημαντικά ακριβότερες των εναλλακτικών τεχνολογιών. Εφόσον όμως εξελιχθεί η τεχνολογία προοπτικά το κόστος του αναμένεται να μειωθεί.

Η Ευρώπη προσπαθεί να καταρτίσει ένα στρατηγικό σχέδιο για το υδρογόνο και βλέπουμε να επενδύονται τεράστια ποσά στην έρευνα για την αξιοποίησή του, με απώτερο στόχο την απεξάρτηση από το φυσικό αέριο στα μέσα μεταφοράς, το οποίο θεωρείται ρυπογόνο και μελλοντικά θα αποκλεισθεί από τα αστικά κέντρα, όπως και το υγραέριο, το diesel και η βενζίνη. Το υδρογόνο μπορεί να αναδειχθεί ως το καύσιμο της Ευρώπης.

Επίσης υπάρχει ένας τομέας μεταφορών στον οποίο προς το παρόν φαίνεται ότι οι υφιστάμενες τεχνολογίες σε συνδυασμό με τις μπαταρίες λιθίου δεν μπορούν να επιτύχουν τις προβλεπόμενες μειώσεις εκπομπών ρύπων: τα αεροπλάνα. Στον τομέα αυτό μπορεί το υδρογόνο να αποτελέσει την τελική λύση.

Τί συμβαίνει όμως με τις σπάνιες γαίες που απαιτούνται για την ανάπτυξη της ηλεκτροκίνησης; Υπάρχει αρκετό λίθιο στον πλανήτη;

Δεν νομίζω ότι είναι τα αποθέματα το πρόβλημα. Εκτιμώ ότι υπάρχει επάρκεια σε σπάνιες γαίες με βάση τις τρέχουσες εξελίξεις τουλάχιστον. Αλλά στο θέμα αυτό έχει εκδηλωθεί ένας σφοδρός βιομηχανικός ανταγωνισμός, από την Κίνα, η οποία διαθέτει ίδια σημαντικά αποθέματα και έχει «δεσμεύσει» ένα πολύ μεγάλο μέρος της παραγωγής των ορυχείων λιθίου διεθνώς. Έτσι, μεγάλη Ευρωπαϊκή κατασκευάστρια εταιρία μπαταριών, που προμηθεύει μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες, προκειμένου να εξασφαλίσει τις απαραίτητες ποσότητες λιθίου αναγκάστηκε να κατασκευάσει εργοστάσιο στην Κίνα.

Σημειώστε επίσης ότι από τεχνική άποψη υπάρχει δυνατότητα ανακύκλωσης του λιθίου των μπαταριών.

Το κόστος των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι αυτή τη στιγμή αρκετά ψηλό και γνωρίζουμε ότι την ευθύνη για αυτό την έχουν οι μπαταρίες. Και υπάρχει και το ζήτημα της αυτονομίας...

Αυτή τη στιγμή το κόστος των μπαταριών λιθίου  έχει διαμορφωθεί σε  250 δολάρια ανά εγκατεστημένη κιλοβατώρα (kWh). Όταν  μειωθεί στα 125 $/kWh, τότε τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα αναμένεται να έχουν ανταγωνιστικό κόστος σε σχέση με τα συμβατικά, ενώ η αυτονομία τους να είναι αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Επομένως τεχνολογικά έχει λυθεί πρακτικά το πρόβλημα της αυτονομίας. Η Tesla για παράδειγμα, έχει εγκαταστήσει ένα δίκτυο ταχυφορτιστών στις ΗΠΑ, όπου μέσα σε λιγότερο από μισή ώρα μπορεί κάποιος να φορτίσει τα αυτοκίνητά της για 600 χιλιόμετρα. Μπορεί κάποιος δηλαδή  ήδη να ταξιδέψει από τη μια ακτή στην άλλη με ηλεκτρικό αυτοκίνητο.

Βεβαίως η ταχεία φόρτιση επηρεάζει κάπως τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, αλλά αυτό δεν είναι κάτι που γίνεται σε καθημερινή βάση. Είναι χαρακτηριστικό ότι οι μπαταρίες όλων των ηλεκτρικών αυτοκινήτων διαθέτουν εγγυημένη διάρκεια ζωής τουλάχιστον μίας πενταετίας.

Η Ελλάδα τί θέση έχει, τί ρόλο μπορεί να παίξει στο τοπίο που αλλάζει;

Η διάδοση της ηλεκτροκίνησης στα αυτοκίνητα είναι μία πρόκληση για τη χώρα μας καθώς δεν έχει αναπτυχθεί ιδιαίτερα προς το παρόν και είναι σημαντικό στον τομέα αυτό να προωθηθεί η δυνατότητα μετατροπής των υφιστάμενων συμβατικών αυτοκινήτων σε ηλεκτρικά. Αυτό μπορεί να αποτελέσει μοχλό ανάπτυξης παραγωγικής δραστηριότητας. Όπως το υγραέριο δημιούργησε μια εγχώρια σημαντική δραστηριότητα, παρότι τα υποσυστήματα που χρησιμοποιούνται είναι εισαόμενα.

Μπορούμε να παράξουμε πολλά από τα απαιτούμενα υποσυστήματα όπως τους ηλεκτρικούς κινητήρες, τους μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος, τα συστήματα διαχείρησης και επιτήρησης μπαταριών. Επισημαίνεται ότι υπάρχουν στη χώρα εταιρίες που κατασκευάζουν ολοκληρωμένες μπαταρίες τεχνολογίας λιθίου κατάλληλες για ηλεκτρικά οχήματαχρησιμοποιώντας κυψέλες εισαγωγής.

Σε σχέση με το κόστος μετατροπής, εάν είναι επιθυμητό να επιτευχθεί αυτονομία εκατοντάδων χιλιομέτρων όπως στα καινούρια ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τότε αυτό θα είναι υψηλό. Αλλά εάν  πρόκειται για αυτοκίνητο πόλης με αυτονομία μερικών δεκάδων χιλιομέτρων, απαιτείται μικρότερης χωρητικότητας μπαταρία και εκτιμώ με βάση τις εφαρμογές που έχουμε πραγματοποιήσει σε ερευνητικά προγράμματα, ότι το κόστος είναι αντίστοιχο με αυτό της αντικατάστασης ενός συμβατικού θερμικού κινητήρα. Μάλιστα στο μέλλον, καθώς αναμένεται να μειωθεί το κόστος των μπαταριών  θα ενισχύεται η σκοπιμότητα της μετατροπής.

Όμως τί θα γίνει στο μέλλον, όταν όλοι θα βάζουν το βράδυ το αυτοκίνητό τους στην πρίζα;

Αυτό, αντί προβλήματος θα αποτελέσει πλεονέκτημα για βιώσιμη ανάπτυξη. Η μπαταρία του αυτοκινήτου θα μας επιτρέψει να συμμετέχουμε στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας. Θα μπορεί κάποιος, επειδή θα επεκταθεί η αγορά σε μικρότερες μονάδες, να αγοράζει ρεύμα όταν είναι φθηνό και να πουλά όταν είναι ακριβό, τη μπαταρία του αυτοκινήτου του.

Τα σύγχρονα ηλεκτρικά αυτοκίνητα διαθέτουν ήδη συστήματα που επιτρέπουν αυτή τη δυνατότητα. Επιπλέον τα σπίτια στο μέλλον θα αξιοποιούν τις διατιθέμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας προκειμένου να είναι κατά το δυνατόν ενεργειακά ανεξάρτητα και το ηλεκτρικό δίκτυο σε συνδυασμό με τις μπαταρίες θα εξασφαλίζουν την εξισορρόπηση της στιγμιαίας παραγωγής και κατανάλωσης με κατάλληλη διαχείριση.

Αυτό στο οποίο αναφερόμαστε πραγματοποιείται σήμερα  στην Ελβετία όπου υπάρχουν κοινοτικές εταιρίες οι οποίες διαχειρίζονται την ενέργεια συνόλου τοπικών οικιακών καταναλωτών. Στην Ελλάδα έχουν νομοθετηθεί πρόσφατα οι μικρές Ενεργειακές Κοινότητες, για την ανάπτυξη μικρών μονάδων παραγωγής/κατανάλωσης οι οποίες θα συμμετέχουν στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας – ενώ η αποθήκευση ενέργειας στις μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα αποτελέσει σημαντική συνιστώσα διαχείρισης. Επομένως, στο μέλλον αναμένεται να κυριαρχήσει η ανάπτυξη των ηλεκτρικών αυτοκινήτων σε συνδυασμό με τα μικρά οικιακά υβριδικά συστήματα ηλεκτροπαραγωγής από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που είναι φιλικά στο περιβάλλον.