Έρευνα του Πανεπιστημίου Frederick μοντελοποιεί σπίτια εκτός δικτύου που τροφοδοτούνται με υδρογόνο, με αυτονομία πολλών ημερών και υψηλή αξιοπιστία. Της έρευνας ηγείται ο Καθηγητής Ανδρέας Πουλλικκάς, επικεφαλής της Ερευνητικής Μονάδας H2Zero. 

Η ερευνητική μονάδα ανέπτυξε ένα πρωτότυπο μοντέλο για την ανάλυση των μελλοντικών αυτόνομων κατοικιών υδρογόνου, δείχνοντας πώς οι κατοικίες του μέλλοντος θα μπορούσαν να λειτουργούν πλήρως εκτός δικτύου χρησιμοποιώντας κυψέλες καυσίμου υδρογόνου (hydrogen fuel cells) και επιτόπια αποθήκευση υδρογόνου, διατηρώντας πολύ υψηλή αξιοπιστία σε βάθος 20ετίας.

Η μελέτη αξιολογεί ένα ολοκληρωμένο οικιακό ενεργειακό σύστημα που τροφοδοτείται αποκλειστικά από παρεχόμενο υδρογόνο, χωρίς καμία σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο.

Σε αντίθεση με τα υπάρχοντα σπίτια υδρογόνου τύπου «All-in-One» που απαιτούν επιτόπιες μονάδες ηλεκτρόλυσης και παραγωγή από ανανεώσιμες πηγές, έχει σχεδιαστεί και αξιολογηθεί μια απλούστερη αρχιτεκτονική όπου το υδρογόνο παρέχεται εξωτερικά και αποθηκεύεται επί τόπου, ενώ η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται μέσω κυψελών καυσίμου. Αυτή η διαμόρφωση μειώνει τη λειτουργική πολυπλοκότητα, τις απαιτήσεις συντήρησης και τους τεχνικούς κινδύνους που σχετίζονται με τη διαλείπουσα λειτουργία των ανανεώσιμων πηγών, διατηρώντας παράλληλα την ενεργειακή αυτονομία.

Χρησιμοποιώντας προηγμένη βελτιστοποίηση και μοντελοποίηση υπολογισμού αξιοπιστίας, η ερευνητική μονάδα ανέλυσε ένα διπλό σύστημα κυψελών καυσίμου PEM (Proton Exchange Membrane) σε συνδυασμό με αποθήκευση υδρογόνου για αρκετές ημέρες, έξυπνα ηλεκτρονικά ισχύος και εποπτική διαχείριση ενέργειας. Το μοντέλο παρακολουθεί τις ωριαίες ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια για ένα τυπικό σπίτι κατά τη διάρκεια ενός ολόκληρου έτους και στη συνέχεια βελτιστοποιεί το μέγεθος, το κόστος και την απόδοση του συστήματος σε βάθος 20 ετών. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στους ερευνητές να ποσοτικοποιήσουν τόσο την αξιοπιστία (ώρες διακοπής λειτουργίας ανά έτος) όσο και το μακροπρόθεσμο ενεργειακό κόστος για διαφορετικά σενάρια τιμών υδρογόνου.

Ένα από τα πιο εντυπωσιακά ευρήματα είναι ότι ένα σωστά σχεδιασμένο σπίτι υδρογόνου μπορεί να επιτύχει διαθεσιμότητα 99,85%, η οποία μεταφράζεται σε μόλις 13.1 ώρες αναμενόμενων διακοπών ρεύματος ετησίως. Αυτή η αξιοπιστία επιτυγχάνεται συνδυάζοντας μια κύρια κυψέλη καυσίμου με περιθώριο ασφαλείας 25% πάνω από τη μέγιστη ζήτηση του νοικοκυριού και μια δευτερεύουσα μονάδα αναμονής στο 50% του φορτίου αιχμής, υποστηριζόμενη από αποθήκευση υδρογόνου για αυτονομία επτά ημερών. Το παράθυρο αποθήκευσης επτά ημερών προσφέρει ανθεκτικότητα έναντι βραχυπρόθεσμων διακοπών στον εφοδιασμό, χωρίς την πολυπλοκότητα και το κόστος της αποθήκευσης εποχιακής κλίμακας.

Η μελέτη υπογραμμίζει επίσης την οικονομική πραγματικότητα: στην τρέχουσα ενδεικτική τιμή υδρογόνου των περίπου 6 US$/kg, το κόστος παραγωγής ηλεκτρισμού για το αυτόνομο σπίτι φτάνει περίπου τα 0.45 US$/kWh, το οποίο παραμένει υψηλότερο από τις τυπικές οικιακές διατιμήσεις ηλεκτρισμού. Οι ερευνητές διαπιστώνουν ότι το κόστος του υδρογόνου είναι ο βασικός μοχλός: όταν οι τιμές πέσουν κάτω από περίπου 3 US$/kg, περίοδοι απόσβεσης περίπου 12-15 ετών καθίστανται εφικτές σε αγορές με υψηλά τιμολόγια όπου οι οικιακές διατιμήσεις ηλεκτρισμού υπερβαίνουν τα 0.39-0.40 US$/kWh. Σε υψηλότερες τιμές υδρογόνου, στο εύρος των 6-12 US$/kg, οι χρόνοι απόσβεσης μπορεί να υπερβούν τη διάρκεια ζωής του συστήματος, υπογραμμίζοντας την ανάγκη για προσιτό υδρογόνο χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Όταν οι τιμές του υδρογόνου κυμαίνονται από 2 έως 12 US$/kg, το κόστος παραγωγής ηλεκτρισμού ποικίλλει από 0.33 έως 0.64 US$/kWh, αναδεικνύοντας πόσο καθοριστικά επηρεάζει η τιμή του καυσίμου τη μακροπρόθεσμη οικονομική προσιτότητα.

Λόγω των πιο πάνω δυναμικών κόστους, τα αυτόνομα σπίτια υδρογόνου αποτελούν μια στοχευμένη λύση και όχι μια καθολική αντικατάσταση των συνδέσεων δικτύου. Φαίνονται πιο ελκυστικά για απομακρυσμένες κοινότητες χωρίς πρόσβαση στο δίκτυο, νησιωτικά συστήματα, περιοχές με υψηλά τιμολόγια και κρίσιμες εγκαταστάσεις όπου η ενεργειακή ασφάλεια και οι χαμηλές εκπομπές αποτελούν προτεραιότητα παράλληλα με το κόστος.

Όπως αναφέρει ο Καθηγητής Πουλλικκάς: «Τα αυτόνομα σπίτια υδρογόνου θα αποτελέσουν ζωτικό δομικό στοιχείο της ενεργειακής μετάβασης, καθώς αναδεικνύουν πώς τα νοικοκυριά μπορούν κάποια μέρα να επιτύχουν πραγματική ενεργειακή ανεξαρτησία χωρίς να θυσιάζουν την αξιοπιστία. Συνδυάζοντας καθαρό υδρογόνο, προηγμένη τεχνολογία κυψελών καυσίμου και έξυπνη διαχείριση ενέργειας, αυτά τα συστήματα ανοίγουν τον δρόμο για ένα μέλλον όπου οι κατοικίες δεν θα είναι απλώς παθητικοί καταναλωτές, αλλά ενεργές και ανθεκτικές μονάδες ενός ενεργειακού συστήματος απαλλαγμένου από τον άνθρακα».