Ενεργειακή επανάσταση στo Baden-Württemberg της Γερμανίας

ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ

             

Γράφει: Βάσω Μιχοπούλου

Η ενεργειακή αλλαγή νοοτροπίας στη Γερμανία δεν αποτελεί πλέον μόνο μια θεωρητική συζήτηση, αλλά πράξη. Το μερίδιο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στη συνολική κατανάλωση ενέργειας σημείωσε φέτος αύξηση στο 28% από το 25% που ήταν πέρσι, ενώ η παραγωγή ενέργειας από ορυκτά καύσιμα έχει μειωθεί κατά 7% μέσα στο ίδιο διάστημα. Το 50% του ρεύματος που προέρχεται πλέον από εργοστάσια άνθρακα και φυσικού αερίου δείχνει να μειώνεται σταδιακά.
Με μια ομάδα ευρωπαίων δημοσιογράφων βρισκόμαστε στην περιοχή της Βάδης-Βυρτεμβέργης (ΝΔ κρατίδιο της Γερμανίας), στο πλαίσιο ενός ενημερωτικού προγράμματος για τις δράσεις (στην περιοχή) σε σχέση με  τη  κλιματική αλλαγή, οι οποίες δίνουν ώθηση στην προστασία του κλίματος μέσω νέων τεχνολογιών. Επισκεπτόμαστε το σπίτι του αρχιτέκτονα Φόλκερ Γιούνγκλιχ (Volker Junglich) στο Ρουτεσχάιμ (Rutesheim), το οποίο έχει έκταση 320 τ.μ και είναι μοναδικό στο είδος του, γιατί είναι το πρώτο στην περιοχή της Βάδης- Βυρτεμβέργης που έχει εντάξει στη κατασκευή του ένα πιλοτικό σύστημα θερμοτεχνολογίας. Συγκεκριμένα, εδώ και τρία χρόνια, στο σπίτι χρησιμοποιείται ρεύμα που παράγεται μέσω της τεχνολογίας Fuell Cell (κυψέλη καυσίμου) και μέσω ενός, φιλικού προς το περιβάλλον, ενεργειακού κέντρου (δηλ. μιας εγκατάστασης σε 0,7 τ.μ) που μετατρέπει τη χημική ενέργεια από  το φυσικό αέριο της περιοχής, σε ηλεκτρική (μέσω μιας χημικής αντίδρασης). Αυτός ο ιδιωτικός τρόπος παραγωγής ηλεκτρικής, αλλά και θερμικής ενέργειας, θεωρείται καλύτερος ακόμη και από την ηλιακή, καθώς αποδίδει πολύ (η ηλεκτρική ισχύς της κυψελίδας καυσίμου είναι 0,7 kW και η θερμαντική ισχύς 25 kW), εξοικονομεί 60%-70% ρεύμα, αλλά και επιτρέπει ανεξαρτησία από τις εταιρίες παραγωγής ενέργειας.

"Είναι χρήσιμη ως ένα σύστημα για την αποκεντρωμένη ενέργεια και θερμότητα, ιδίως για τα νέα κτίρια και για τα ενεργειακά εκσυγχρονισμένα σπίτια, είναι εύκολη στην εγκατάσταση, στη σύνδεση του συστήματος, αλλά και στη χρήση από τον ιδιοκτήτη", μας εξηγεί ο Τόμας Άισεν (Thomas Eisen), δ/ντής στο τμήμα νέων τεχνολογιών του γερμανικού κολοσσού Bosch, αναλύοντας την προσπάθεια που κάνει η εταιρία του να βρει δημιουργικές λύσεις όσον αφορά τις εκπομπές του CO2, οι οποίες στο συγκεκριμένο σύστημα μειώνονται κατά 50% και άνω. Το σύστημα ονομάζεται Logapower FC10 (www.bosch.de) και η φάση επίδειξης του, που έχει σχεδιαστεί για τρία χρόνια βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη. Αυτή τη στιγμή έχουν τοποθετηθεί και λειτουργούν σε συνολικά 12 ευρωπαϊκές χώρες, μέχρι και 1.000 θερμάστρες κυψελών καυσίμου, αλλά πρωταθλητής στην εφαρμογή τους είναι η Ιαπωνία, η οποία χρησιμοποιεί ήδη 100.000 μονάδες.
Ο φιλόδοξος στόχος που έχει θέση η Γερμανία στον εαυτό της είναι η μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου κατά 40% μέχρι το 2020 και κατά 90% μέχρι το 2050 (συγκριτικά με το 1990). Σε  αυτήν την ξενάγηση των ξένων δημοσιογράφων στις δράσεις για την κλιματική αλλαγή είναι εμφανής η επονομαζόμενη «Energiewende»-machen wir! (ενεργειακή επανάσταση) της χώρας, η οποία στοχεύει στη σταδιακή κατάργηση της πυρηνικής ενέργειας (στο 17%) έως το 2021,στη δραματική μείωση (κατά 49% ) της χρήσης ορυκτών καυσίμων και στην αύξηση (κατά 78%) των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με χρονικό ορίζοντα το 2050.

Ανεμογεννήτριες

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς, στην περιοχή της Βάδης-Βυτερμβέργης (που έχει έκταση 35.752 τ. χλμ και 10.8 εκατομμύρια κατοίκους) πρέπει μέχρι το 2020  η χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας από το 23%  να αυξηθεί στο 38%. Αναλυτικά πρέπει να αυξηθεί η χρήση  αιολικής ενέργειας  από το 1% στο 10%, η χρήση ηλιακής από το 7.7% στο 12%, η βιοενέργεια από το 6.9%  στο  8%, η υδροενέργεια από το 7.6% στο 8% και η γεωθερμική σε 0.5%. Ο στόχος αυτός, εκτός από τη χρήση νέων τεχνολογιών στην ανάπτυξη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, απαιτεί και μια αλλαγή νοοτροπίας τόσο από τους καταναλωτές όσο και από τους παραγωγούς ενέργειας, η οποία δείχνει να έχει ξεκινήσει.
Υδρογόνο ως καύσιμο

Πέλλετ

Χαρακτηρίστηκε ως το καύσιμο του μέλλοντος , καθώς είναι πολύ φιλικό προς το περιβάλλον και συνδυάζει μεγάλη αποδοτικότητα με μηδενική ρύπανση. Οι  κυψέλες (ή μπαταρίες ή στοιχεία) καυσίμου (fuel cell), κυψέλες δηλαδή που τροφοδοτούνται με υδρογόνο και παράγουν ηλεκτρική και θερμική ενέργεια, έχουν ήδη βρει το δρόμο τους και στη Γερμανία και αρχίζουν να αντικαθιστούν τα παραδοσιακά καύσιμα. Επισκεφτήκαμε το Κέντρο Ηλιακής Ενέργειας και Έρευνας του υδρογόνου (Centre for Solar Energy and Hydrogen Research -ZSW) στη Στουτγάρδη όπου ο καθηγητής Φριτχοφ Στάις (Frithjof Staiss)  μας εξήγησε πως ο στόχος είναι μέχρι το 2025 να παράγεται στην περιοχή από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ρεύμα ισχύος 140.000 MW. Στο Κέντρο έχει επίσης αναπτυχθεί η τεχνολογία Power-to-Gas (P2G)  η οποία συνδυάζει το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται από βιομάζα με το υδρογόνο που παράγεται από την ηλεκτρόλυση και δημιουργεί μεθάνιο το οποίο μπορεί να αποθηκευτεί στο δίκτυο φυσικού αερίου.
Ο συνδυασμός αυτός αυξάνει κατά έξι φορές την παραγωγή καυσίμων με βάση τον άνθρακα (C-καύσιμα). Στον ίδιο χώρο  οδηγήσαμε μοτοποδήλατα, αλλά και ένα από τα αυτοκίνητα που κινούνται με κυψέλες καυσίμου. "H ενέργεια που χρειάζεται ένα τέτοιο αυτοκίνητο για τη κίνησή του (όταν το υδρογόνο παράγεται με ηλεκτρόλυση για την οποία χρησιμοποιείται ηλιακή ενέργεια), κοστίζει μόνο 2.20 ευρώ/100 χλμ, ενώ ταυτόχρονα το όχημα έχει μηδενικούς ρύπους. Συγκεκριμένα χρειάζεται 18 KWh/100 Km και η κάθε KWh  κοστίζει 0.12 ευρώ, χωρίς να υπολογίζεται το κόστος της μπαταρίας", συμπληρώνει ο καθηγητής. Το αυτοκίνητο μάρκας Mercedes τροφοδοτείται με ειδική αντλία υδρογόνου, το οποίο μέσω ειδικής μπαταρίας στο εσωτερικό του μετατρέπεται σε ενέργεια που κινεί το όχημα.

Καθηγητής Nikolaus Dahmen υπεύθυνος του Bioliq

«Η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος επιτυγχάνεται με μια αντίστροφη διεργασία  της ηλεκτρόλυσης του νερού. Ενώ στην ηλεκτρόλυση του νερού, χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα, παίρνουμε υδρογόνο και οξυγόνο, στο στοιχείο καυσίμου παρέχουμε υδρογόνο και οξυγόνο σε ειδικά ηλεκτρόδια και παίρνουμε ηλεκτρικό ρεύμα και νερό»,εξηγεί ο Mίκαελ Σπέχτ (Michael Specht) επικεφαλής του τμήματος Ανανεώσιμων πηγών και διεργασιών (Renewable Energy Sources and Processes) του ZSW (www.zsw-bw.de) στη Στουτγάρδη. Το υδρογόνο  παρέχει όπου απαιτείται ενέργεια εύκολα, και για την παραγωγή του (αφού δεν βρίσκεται ελεύθερο στη φύση)  δεν χρειάζονται ογκώδεις εγκαταστάσεις. Χρειάζεται όμως ενέργεια για την ηλεκτρόλυση του νερού. Αυτήν την ενέργεια μπορούμε να την προμηθευτούμε μέσω ηλιακής ή αιολικής ενέργειας και είναι εντελώς ανανεώσιμη. Αυτό ακριβώς μας δείχνει η Κάριν Σνάιντερ (Karin Schneider) εκπρόσωπος Τύπου του Ινστιτούτου Φράουνχοφερ (ise.fraunhofer.de) για ηλιακά ενεργειακά  συστήματα (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, ISE) στο Φράιμπουργκ, που είναι το μεγαλύτερο Ινστιτούτο εφαρμοσμένης έρευνας της ηλιακής ενέργειας. "Σε ειδικά διαμορφωμένο χώρο υπάρχει τοποθετημένο ένα σύστημα φωτοβολταικών τελευταίας τεχνολογίας, τα οποία φορτίζουν ηλεκτρολυτικές συσκευές και παράγουν υδρογόνο.
Το υδρογόνο που παράγεται στην παρούσα φάση αρκεί για να κινήσει 3-4 αυτοκίνητα την βδομάδα Το υδρογόνο μπορεί να προέλθει από διάφορες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: αιολική, ηλιακή, ακόμα και ενέργεια από απορρίμματα." συμπληρώνει η ίδια. Το υδρογόνο παρέχει πολύ πιο «πυκνή» ενέργεια από τη βενζίνη. Ενδεικτικά, μόλις πέντε λίτρα υδρογόνου παρέχουν αυτονομία 480 χιλιομέτρων σε ένα οικογενειακό αυτοκίνητο, που είναι διπλάσια περίπου από αυτή της ισοδύναμης ποσότητας βενζίνης. Το υδρογόνο είναι πιο ασφαλές συγκριτικά με τη βενζίνη γιατί  δεν αναφλέγεται από μόνο του. Ακόμη και σε περίπτωση διαρροής σε ανοιχτούς χώρους, δεν υπάρχει κίνδυνος, αφού είναι κατά 14,5 φορές ελαφρότερο από τον αέρα  και διαχέεται εύκολα.

Αντλία Υδρογόνου

Εκτός από τα καύσιμα, στο συγκεκριμένο Ινστιτούτο η μελέτη νέων τεχνολογιών για την πιο αποδοτική και λιγότερη δαπανηρή ενεργειακή απόδοση των κτιρίων αποτελεί επίσης ένα βασικό πεδίο έρευνας, αφού τα κτίρια καταναλώνουν το 40% της συνολικής ενέργειας. Το Ινστιτούτο πρωτοπορεί στη κατασκευή ηλιακών ενεργειακών συστημάτων και εξακολουθεί να ηγείται στη παγκόσμια αγορά με τα φωτοβολταικά με κρυσταλλική σιλικόνη (crystalline silicon) που κατασκευάζει. Μέχρι σήμερα, σχεδόν το 90% των φωτοβολταικών κυψελών έχουν κατασκευαστεί από κρυσταλλική σιλικόνη. Το Ινστιτούτο, ως μελλοντική επιλογή, εργάζεται πάνω στις ονομαζόμενες «λεπτού φιλμ» κυψέλες, οι οποίες είναι πολύ λεπτότερες  από εκείνες που φτιάχνονται από κρυσταλλική σιλικόνη. Τα modules λεπτού φιλμ κατασκευάζονται με την εναπόθεση εξαιρετικά λεπτών στρώσεων φωτοευαίσθητων υλικών σε χαμηλού κόστους στηρίγματα όπως γυαλί, ανοξείδωτο ατσάλι ή πλαστικό τα οποία εγγυώνται χαμηλό κόστος παραγωγής. Οι κυψέλες λεπτού φιλμ έχουν οικονομικό πλεονέκτημα και εξαιτίας αυτού μερίδιο αγοράς τους αναμένεται να αυξηθεί στο μέλλον.
Με σύμμαχο την επιστήμη
Μέσα σε ιστορικά τείχη βρίσκονται οι πιο σύγχρονες ερευνητικές εγκαταστάσεις, που περιβάλλονται από 2.500 εκτάρια δασικής έρευνας. Με περίπου 1000 φοιτητές, το Πανεπιστήμιο Εφαρμοσμένων Δασικών Επιστημών στο Ρόττενμπουργκ (Univeristy of Applied Forest Sciences in Rottenburg-www.hs-rottenburg.net)), που είναι το μοναδικό στη Γερμανία, μπορεί να  είναι μικρό, αλλά είναι ένα πρωτοποριακό πανεπιστήμιο. Σε αυτό οι σπουδές επικεντρώνονται σε μια έννοια, την  "αειφορία" και έχουν έναν σύγχρονο, καινοτόμο και πρακτικό προσανατολισμό στους τομείς της δασοκομίας, της βιομηχανίας ξυλείας, της φύσης και της προστασίας του περιβάλλοντος, του σχεδιασμού του τοπίου και της διαχείρισης των υδάτων της βιωσιμότητας και της  ανάπτυξης, με άλλα λόγια στη βιώσιμη διαχείριση και χρήση των φυσικών πόρων.
Το πανεπιστήμιο που βρίσκεται λίγα χιλιόμετρα έξω από το Φράιμπουργκ έχει βραβευτεί πολλές φορές από την UNESCO για τα εκπαιδευτικά του προγράμματα. Χρηματοδοτείται με 2.5 εκατομμύρια ετησίως για την έρευνά του, ένα κομμάτι της οποίας είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη βιοενεργειακών προϊόντων. "Δουλειά μας είναι να βρίσκουμε  λύσεις σε καθημερινά προβλήματα.
Και πολλές φορές αυτές οι λύσεις είναι πολύ πιο απλές από όσο φανταζόμαστε. Είναι η έξυπνη ιδέα", λέει ο πρύτανης του Πανεπιστημίου Μπαστιάν Κάιζερ (Βastian Kaiser) δείχνοντας μας ένα βάζο γεμάτο πέλλετ  με σύσταση ιλύος που αποτελεί το ιδανικότερο λίπασμα για τα χωράφια της περιοχής. Την ίδια ώρα αυτός και η ομάδα του πειραματίζονται με την ανάμειξη υλικών για τη δημιουργία πέλλετ τα οποία τα δοκιμάζουν σε υψηλές θερμοκρασίες για να δουν την αντοχή τους.  Αυτό που έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι πως Πανεπιστήμιο είναι μια "πράσινη πόλη" σε μικρογραφία, αφού λειτουργεί χρησιμοποιώντας ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ένα σύστημα συλλογής ηλιακής ακτινοβολίας συνδυάζεται με μονάδες  παραγωγής θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας και  τροφοδοτεί ενεργειακά πλήρως τα κτίρια του ιδρύματος. Ο πρύτανης μας δείχνει το σύστημα θέρμανσης που χρησιμοποιεί ως καύσιμο βιομάζα και συγκεκριμένα  οκτώ τόνους ροκανίδια την εβδομάδα, καθώς και τα φωτοβολταικά που θερμαίνουν 30.000 λίτρα νερού το μήνα.
Καύσιμο από άχυρο
Στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καρλσρούης (Karlsruhe Institute of Technology, ΚΙΤ) που επίσης επισκεφθήκαμε, οι ερευνητές ψάχνουν τρόπους να αντικαταστήσουν σταδιακά τα ορυκτά καύσιμα με τα βιοκαύσιμα που παράγονται από βιομάζα. Εκεί, ο καθηγητής Νικολάους Ντάμεν (Nikolaus Dahmen) μαζί με την ομάδα του "τρέχουν" το πιλοτικό πρότζεκτ "Bioliq" (http://www.kit.edu/kit/english/pi_2014_15980.php). Παράγουν δηλαδή  βιοκαύσιμα με πρώτη ύλη το άχυρο. Με τη πυρόλυση λαμβάνουν ένα ενδιάμεσο προϊόν, μια ουσία με υψηλής πυκνότητας ενέργειας  παρόμοια με αυτή του αργού πετρελαίου. Αυτή η ουσία, το λεγόμενο bioliqSynCrude, μπορεί να μεταφέρεται σε μεγάλες αποστάσεις με οικονομικά αποδοτικό τρόπο και να υποβάλλεται σε περαιτέρω επεξεργασία.
Το επόμενο στάδιο είναι η αεριοποίηση όπου το bioliqSynCrude σε θερμοκρασίες άνω των 1200 ° C και πιέσεις έως 80 bar μετατρέπεται σε αέριο το οποίο αποτελείται κυρίως από μονοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο. Σε ένα επόμενο στάδιο απομακρύνονται από αυτό το αέριο διάφοροι ρύποι και ενώσεις όπως  χλώριο και ενώσεις του αζώτου και στη συνέχεια ξανασυντίθενται σε υδρογονάνθρακες, δηλαδή καύσιμο. Από την ίδια διαδικασία παράγεται και βιοαιθανόλη η οποία ήδη χρησιμοποιείται στη Βραζιλία ως καύσιμο. Το πρότζεκτ bioliq είναι μια επένδυση περίπου € 22 εκατομμυρίων. Το 50%  χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ομοσπονδιακό Υπουργείο Τροφίμων, Γεωργίας και Προστασίας των Καταναλωτών και από το Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης μέσω του Υπουργείου Οικονομικών της Βάδης-Βυρτεμβέργης. Οι υπόλοιπες επενδυτικές δαπάνες  βαρύνουν το KIT (www.kit.edu) και τη βιομηχανία Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH που είναι εταίρος του.
Στο χώρο του ΚΙΤ μπορεί να επισκεφτεί κάποιος και το μεγαλύτερο φωτοβολταικό πάρκο της Γερμανίας (http://www.kit.edu/kit/english/pi_2014_15420.php), όπου ηλιακά πάνελ, μπαταρίες, και μετατροπείς ισχύος συνδυάζονται σε μία εγκατάσταση ισχύος 1 MW (συμβατής με το δίκτυο) που λειτουργεί και ως "αποθήκη" ηλιακής ενέργειας. Εκεί οι ερευνητές δοκιμάζουν την ηλιακή απόδοση σε πραγματικές συνθήκες περιβάλλοντος. Περισσότερα από εκατό φωτοβολταικά έχουν τοποθετηθεί σε διαφορετικές θέσεις και γωνίες και με διαφορετικό προσανατολισμό, ώστε να ελέγχονται τα χαρακτηριστικά τους σε σχέση με την απόδοση. "Ακόμη και το πόσο καλά καθαρίζει η βροχή την επιφάνεια των κυψελών εξαρτάται από την κλίση των ηλιακών συλλεκτών, έτσι ώστε όταν μετράμε την απόδοση, να βρίσκουμε αποκλίσεις από τη θεωρία», εξηγεί ο Όλαφ Βολλερσάιμ (Olaf Wollersheim), Φυσικός και επικεφαλής του έργου. Μπαταρίες και μετατροπείς ισχύος μετατρέπουν την ενέργεια από τους ηλιακούς συλλέκτες σε εναλλακτικό ρεύμα για το δίκτυο. Το όλο εγχείρημα αποτελεί μια συστημική προσέγγιση για την ανάπτυξη εφαρμόσιμων λύσεων και διαδικασιών παραγωγής ρεύματος στη βιομηχανία.
Στη Γερμανία σε άνοδο βρίσκεται και η αιολική ενέργεια (e-werk-mittelbaden.de). To 2014 εγκαταστάθηκαν περισσότερες από 1.700 ανεμογεννήτριες με συνολική ισχύ 4,8 GW, ενώ η συνολική ισχύς των αιολικών πάρκων στη Γερμανία ξεπερνά το 2015 τα 38 GW. Με αυτά καλύπτεται το 10 % των αναγκών σε ρεύμα. Ειδικότερα για την περιοχή της Βάδης-Βυρτεμβέργης  ο στόχος είναι πολύ φιλόδοξος." Φιλοδοξούμε να επεκτείνουμε στο 25%   τη χρήση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μέχρι το 2020 και ειδικότερα επιδιώκουμε η αιολική ενέργεια από το 1% να πάει στο 10%, δηλαδή το 10% της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας να προέρχεται από τις  ανεμογεννήτριες. Αυτή τη στιγμή η περιοχή μας έχει 400 εγκαταστάσεις  που μέχρι το 2016 θα γίνουν 578 και μέχρι το 2020 θα αυξηθούν σε 1000-1200", συμπληρώνει ο Σεμπάστιεν Όσερ (Sebastien Oser) δ/ντης του κέντρου "Energy" στο Περιφερειακό Συμβούλιο του Φράιμπουργκ (Regional Council of Freiburg-rp.baden-wuerttmberg.de).
(*Το press trip διοργανώθηκε από το Baden-Württemberg International , www.bw-i.de στις 4-8 Οκτωβρίου 2015)