Το πυρίτιο ως εναλλακτικό καύσιμο

8 Ιαν 2012 από lk

Οι καθημερινά αυξανόμενες ανάγκες μας σε ενέργεια καλύπτονται σήμερα σε μεγάλο βαθμό από καύση ενώσεων του Άνθρακα. Σε μορφή κάρβουνου, λιγνίτη, ξύλου, πετρελαίου, βενζίνης, υγραερίου, φυσικού αερίου κλπ.

Από αυτά το κάρβουνο, ο λιγνίτης και το ξύλο, όταν καίγονται μας προσφέρουν ενέργεια, απαραίτητη για να κινήσουμε τουρμπίνες, κινητήρες αυτοκινήτων, κλπ με πλεονέκτημα την ευκολία μεταφοράς και αποθήκευσης σε σχετικά μικρό χώρο.

Ένα από τα εναλλακτικά (οικολογικά αποδεκτά) καύσιμα που διαθέτουμε σήμερα για την κίνηση ενός οχήματος είναι το υδρογόνο, ενώ το ηλεκτρικό αυτοκίνητο, που αρχίζει σήμερα δειλά να εμφανίζεται στους δρόμους μας, δεν αποτελεί ακόμη ισοδύναμη πρόταση με τον κινητήρα εσωτερικής καύσης.

Επειδή αν πχ αντικαταστήσουμε τον κινητήρα εσωτερικής καύσης με έναν ηλεκτροκινητήρα και για την αποθήκευση της (ηλεκτρικής τώρα) ενέργειας χρησιμοποιούσαμε μπαταρίες μολύβδου, θα χρειαζόμασταν για την ίδια διαδρομή και την ίδια ιπποδύναμη έναν χώρο 7 κυβικών για να αποθηκεύσουμε τις απαιτούμενες μπαταρίες, αντί των 60 λίτρων πετρελαίου και το βάρος των μπαταριών θα έπρεπε να είναι 20 τόνοι αντί των 50 κιλών του πετρελαίου. Πρόσφατα υπάρχουν πολύ καλύτερες μπαταρίες, παρά ταύτα όμως οι δυνατότητες ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος παραμένουν περιορισμένες.

Καλύτερη βέβαια λύση είναι η χρήση Υδρογόνου. Κατά τη καύση του δεν παράγονται βλαβερά καυσαέρια, αλλά μόνο καθαρό (απεσταγμένο) νερό. Η μεταφορά όμως μεγάλης ποσότητας Υδρογόνου είναι δύσκολη. Για να υγροποιηθεί και να αποθηκευτεί σε σχετικά χαμηλές πιέσεις απαιτούνται ακραίες χαμηλές θερμοκρασίες (- 253^ο Κελσίου). Σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος οι πιέσεις που επιτρέπουν την αποθήκευση μιας ποσότητας αντίστοιχης με το πετρέλαιο ή την βενζίνη είναι εκατοντάδες BAR. Πέραν αυτού ένα άλλο μειονέκτημά του είναι ότι παρόλο το ότι βρίσκεται σε τεράστιες ποσότητες στη Γη, για να το ανακτήσουμε απαιτείται κατανάλωση ενέργειας, αφού δεν υπάρχει ελεύθερο αλλά πάντα σε διάφορες ενώσεις, συνήθως δε στο νερό. Πρέπει επομένως για να χρησιμοποιήσουμε το άριστο αυτό καύσιμο στα αυτοκίνητά μας, να το έχουμε πρώτα ανακτήσει ξοδεύοντας ενέργεια. Αν χρησιμοποιήσουμε για τον σκοπό αυτόν πετρέλαιο, δεν έχουμε καταφέρει περιβαλλοντικά τίποτε. Πρέπει να το παράγουμε χρησιμοποιώντας εναλλακτικές ήπιες μορφές ενέργειας, όπως αυτή του ανέμου ή του ήλιου. Οι ιδανικές όμως θέσεις για να εκμεταλλευτούμε τις εναλλακτικές αυτές πηγές ενέργειας δεν βρίσκονται εκεί που τις χρειαζόμαστε. Ανέμους βρίσκουμε στα νησιά μας ή στην Σκωτία, Ηλιοφάνεια μεγάλη υπάρχει στην βόρεια Αφρική, ποτάμια για υδροηλεκτρικά εργοστάσια στον Καναδά, γεωθερμία στην Ισλανδία. Πρέπει επομένως να μεταφέρουμε την ενέργεια που κερδίσαμε. Αν πάλι δεν μεταφέρουμε την ενέργεια, αλλά θελήσουμε να παράγουμε το υδρογόνο στα μέρη αυτά, η μεταφορά του στον τόπο προορισμού και οι απαιτούμενες μεταφορτώσεις, στα Τάνκερ, στις αποθήκες, στα βυτία, στα πρατήρια και τέλος στο ΙΧ θα είναι ακριβές χρονοβόρες και επικίνδυνες. Το μεγάλο επομένως πρόβλημα στις εναλλακτικές μορφές ενέργειας είναι η μεταφορά της. Πώς όμως να μεταφερθεί η ενέργεια που έχουμε δωρεάν από αυτές τις ήπιες πηγές εκεί όπου την χρειαζόμαστε; Πχ για την παραγωγή υδρογόνου;

Εδώ μας δίνει μια λύση η νέα προοπτική των ερευνών του κ. Auner.

Ειδικότερα δε η ενέργεια που μπορούμε να κερδίσουμε καίγοντας αντί πετρελαίου «πυρίτιο». Το πυρίτιο (silicon) χρησιμοποιείται σήμερα σε μεγάλο βαθμό τόσο στα μικροτσίπς (microchips) των ηλεκτρονικών υπολογιστών, όσο και για άλλες χρήσεις. Π.χ. ως στεγανωτικό υλικό, τις γνωστές μας σιλικόνες που αγοράζουμε σε σωληνάρια και σε πολλές άλλες χρήσεις. Ειδικά στα ηλεκτρονικά και στα computers, οι ποσότητες πυριτίου (silicon) που οι σχετικές βιομηχανίες των ΗΠΑ επεξεργάζονται καθημερινά σε ένα συγκεκριμένο σημείο της Αμερικής, είναι τόσο μεγάλες, ώστε η περιοχή ονομάστηκε Silicon Valley. Σε αντίθεση με τον άνθρακα που υπάρχει σε περιορισμένα ποσοστά στη Γη και ακόμα χειρότερα με το πετρέλαιο, το πυρίτιο υπάρχει σε ατέλειωτες ποσότητες, όμως όμοια όπως και το υδρογόνο όχι αυτούσιο, αλλά σε ενώσεις με άλλα στοιχεία. Βρίσκεται σε όλα σχεδόν τα πετρώματα και στην άμμο, που υπάρχει στις παραλίες και στις ερήμους. Βρίσκεται δηλαδή παντού και δεν υπάρχει τρόπος να το υπερκαταναλώσουμε. Αντιθέτως το πετρέλαιο θα μας λείψει σύντομα και δεν θα υπάρχει πλέον μετά από 60 περίπου χρόνια, αφού σε μία μέρα καταναλώνουμε ποσότητες που χρειάστηκαν 1.000 χρόνια για να δημιουργηθούν. Αν λοιπόν καταφέρουμε να απομονώσουμε το πυρίτιο από τις διάφορες ενώσεις του, τότε θα έχουμε στη διάθεσή μας ένα καύσιμο του μέλλοντος, με πολύ καλύτερες ιδιότητες από αυτές των υδρογονανθράκων.

Δεν ρυπαίνει. Σε αντίθεση δηλαδή με τους κινδύνους στη μεταφορά πετρελαίου, αν ένα πλοίο γεμάτο πυρίτιο ρηγματώσει ή βουλιάξει, το υλικό κατακάθεται στον πυθμένα και μετά από χρόνια ξαναγίνεται άμμος.
Δεν είναι εύφλεκτο. Ο οδηγός του φορτηγού που το μεταφέρει μπορεί να καπνίζει ή να χρησιμοποιεί άφοβα ανοιχτή φλόγα, χωρίς κίνδυνο, σε αντίθεση με το υδρογόνο, που είναι πολύ εύφλεκτο.
Το σημαντικότερο πλεονέκτημά του όμως είναι ότι καίγεται εκτός του Οξυγόνου και με το Άζωτο. Όπως γνωρίζουμε και από τον καυσαναλυτή μας η ατμόσφαιρα περιέχει 20 % οξυγόνο, και σχεδόν 80 % άζωτο, που με τίποτα δεν αντιδρά, ούτε καίγεται και σε τίποτα δεν χρησιμεύει, ενώ μας δυσχεραίνει τη ζωή, δημιουργώντας στους κινητήρες μας, βλαβερά οξείδια του αζώτου.
Κατά την καύση με το Οξυγόνο δεν παράγονται ρύποι, όπως άκαυτοι υδρογονάνθρακες, μονοξείδιο ή διοξείδιο του άνθρακα, αλλά μόνο άμμος !
Η καύση του πυριτίου όμως με το Άζωτο, μας δίνει Αμμωνία, χρήσιμη για διάφορα προϊόντα, όπως πχ αζωτούχα λιπάσματα, που σήμερα παράγονται με ιδιαίτερα μεγάλη κατανάλωση ενέργειας.
Ένα δεύτερο παράγωγο αυτής της καύσης είναι αζωτούχες ενώσεις που μας δίνουν τα γνωστά πολύ σκληρά κεραμικά υλικά, τα οποία σήμερα χρησιμοποιούνται ως επίστρωμα κυλίνδρων σε νέες εξελίξεις κινητήρων, στα κοπτικά εργαλεία κλπ.
Αλλά και η ίδια η Αμμωνία καίγεται και μας δίνει ως προϊόν καύσης, υδρογόνο, το πιο «αθώο» περιβαλλοντικά καύσιμο, αφού το μόνο παράγωγο της ένωσής του με το Οξυγόνο είναι το καθαρό νερό.
Όμως και καύσιμα με ίδιες θερμικές ικανότητες όπως η βενζίνη μπορούμε να παράγουμε από το πυρίτιο, όπως επίσης ιδιαιτέρως κατάλληλα καύσιμα διαστημικής τεχνολογίας. Το πλεονέκτημά τους είναι ότι η καύση των διαστημικών πυραύλων δεν εξαρτάται έτσι μόνο από το οξυγόνο (το οποίο όπως γνωρίζουμε αραιώνει σημαντικά, όσο αυξάνεται το ύψος της πτήσης και πρέπει να μεταφέρεται σε δεξαμενές) αλλά θα καίγονται και με το Άζωτο που περιέχεται σε τετραπλή ποσότητα στον αέρα, από ότι το Οξυγόνο.

Το σημαντικότερο γεγονός του συνεδρίου που οδήγησε στις έρευνες του κ. Auner, ήταν η διαπίστωση ότι με την παρουσία ενός οξειδίου του Χαλκού το πυρίτιο μπορεί να αναφλεγεί και να καεί στις σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες των 500^ο Κελσίου. Οι επιστήμονες ως τώρα νόμιζαν ότι η καύση του μπορούσε να επιτευχθεί μόνο σε θερμοκρασίες 2000^ο Κελσίου, γεγονός που την έκανε εντελώς ασύμφορη. Με τη νέα αυτή γνώση μπορούμε πλέον άνετα να παράγουμε πυρίτιο από την αστείρευτη ποσότητα πετρωμάτων και άμμου που υπάρχει στη Γη. Μπορούμε να το παράγουμε χρησιμοποιώντας εναλλακτικές μορφές ενέργειας, και μάλιστα στα μέρη όπου τις βρίσκουμε. Στην Αφρική από τον Ήλιο, στον Καναδά από υδροηλεκτρικά εργοστάσια, στην Ισλανδία από τη γεωθερμία. Κατόπιν μεταφέρουμε ακίνδυνα και με ευκολία το πυρίτιο εκεί που το χρειαζόμαστε για να κινήσουμε τις μηχανές μας. Ελαττώνουμε έτσι την εξάρτησή μας από το πετρέλαιο, το οποίο είναι πολύ χρήσιμο για την παραγωγή πολλών και διαφόρων συνθετικών υλικών και συνεπώς δεν πρέπει να το ξοδεύουμε ως καύσιμο. Ιδιαίτερα με δεδομένη τη σύντομη εξάντλησή του.

Ένα μειονέκτημα που θα πρέπει να υπερπηδηθεί για χρήση σε κινητήρες αυτοκίνητων είναι η άμμος που εκλύεται ως παράγωγο της καύσης πυριτίου. Η άμμος αυτή θα βγαίνει από την εξάτμιση σε μορφή πολύ ψιλής πούδρας και θα είναι απολύτως ακίνδυνη. Εκπεμπόμενη όμως από εκατομμύρια αυτοκίνητα δεν θα ήταν ότι καλύτερο. Γιατί όπως είπε κάποτε ο Βίλλυ Μπράντ ως Δήμαρχος του Μονάχου, είναι πολύ ευχάριστο να ακούμε κάποιον να παίζει βιολί. Αν όμως παίζουν ολημερίς βιολί, όλοι οι 1,3 εκατομμύρια κάτοικοι του Μονάχου, τότε το ευχάριστο γίνεται εφιάλτης.

Μπορούμε όμως να χρησιμοποιήσουμε το πυρίτιο για την παραγωγή του υδρογόνου που θα κινεί μελλοντικά τα αυτοκίνητά μας, χωρίς επιπτώσεις ρύπανσης ή αύξησης της τρύπας του όζοντος.

Λίνος Κουντουράς