1st Model High School Thessaloniki Student

stefanoskyr09@gmail.com

Keywords: Plastic pollution, Bioplastic, Starch, Sustainability, Alternative.

Introduction

Plastic pollution is one of the most critical environmental challenges of the 21st century. Conventional plastics which are derived from petroleum might be durable and widely used but their resistance to decomposition leads to long-term environmental damage. Millions of tons of plastics are thrown in landfills and oceans every year, with microplastics infiltrating ecosystems, harming wildlife and affecting human health. These issues highlight the urgency for a sustainable alternative to common plastic.

Bioplastics are plastic-like materials made from biodegradable natural materials. In this research, bioplastics made from starch are investigated. These bioplastics are biodegradable and easy to produce, while they have similar properties to basic plastic. Starch derived from potatoes, corn and other sources is a polymer. When combined with plasticizers such as glycerol, and heated, it undergoes gelatinization and forms a polymer material similar to plastic in physical properties.

The theoretical background of this process is as follows: Starch is a natural polymer composed of two main polysaccharides, amylose (with linear chains) and amylopectin (with branched chains). When heated in the presence of water, starch absorbs moisture and undergoes the gelatinization process, where hydrogen bonds break allowing the chains to move freely. During this process, the plasticizer is added which inserts between these chains increasing flexibility. During the heating, excess water evaporates and the mix solidifies into a plastic material after it cools down.

Victoria Giakoumopoulou, PhD Physicist, Athens College

email: vgiakoumopoulou@athenscollege.edu.gr

Summary

Most energy in gasoline cars is lost as heat. Heat loss, however, can be recovered via the Seebeck effect, which allows temperature difference to create electric potential difference  and transform a thermocouple (tc) into an electric generator able to power small-scale car electronics. Using Peltier modules and regression analysis, it was confirmed that (i), in an open circuit, , and (ii), in a closed circuit with , maximum power  occurs when . Overall, although their efficiency is low, thermocouples can only reduce energy waste and improve fuel efficiency, for their operation relies solely on heat loss.

 Keywords: Gasoline cars, energy waste, Seebeck effect, 12th Sustainable Development Goal

Μαθητές/τριες Πρότυπου ΕΠΑ.Λ Κρύας Βρύσης

email: elefthsa24@sch.gr, katsogeo24@sch.gr, plloumpm24@sch.gr, tzakaflo24@sch.gr, tomidisa24@sch.gr, koutsouo24@sch.gr, topkasat24@sch.gr, chatzdi25@sch.gr, methasam25@sch.gr, kalaimyr25@sch.gr

Λέξεις κλειδιά: Hydrobot, Arduino, Μέτρηση pH.

1. Εισαγωγή

Το πρόγραμμα Hydrobot ξεκίνησε το 2011 από την ομάδα της Διαδραστικής Έκθεσης Επιστήμης & Τεχνολογίας του Ιδρύματος Ευγενίδου. Αποτελεί ένα εκπαιδευτικό εργαλείο που επιτρέπει σε μαθητές γυμνασίου και λυκείου να κατασκευάσουν ένα απλό, τηλεκατευθυνόμενο υποβρύχιο όχημα (ROV – Remotely Operated Vehicle) για την εξερεύνηση του υδάτινου περιβάλλοντος.

Image 1. Υλικά Hydrobot

Η ομάδα ρομποτικής του σχολείου μας προχώρησε στην αναβάθμιση του Hydrobot, προσθέτοντας ένα σύστημα δειγματοληψίας νερού για τη συλλογή δειγμάτων από διαφορετικά βάθη και ένα σύστημα μέτρησης pH για την ανάλυση της ποιότητας του νερού στο εργαστήριο.

Image 2. Αναβάθμιση σε EcoSub

Η πρωτοβουλία αυτή δίνει τη δυνατότητα στους μαθητές να εφαρμόσουν γνώσεις STEM (Επιστήμη, Τεχνολογία, Μηχανική, Μαθηματικά) στην πράξη, αναπτύσσοντας τόσο τεχνικές δεξιότητες όσο και δεξιότητες επίλυσης προβλημάτων. Το έργο έχει ως στόχο όχι μόνο την τεχνική εξέλιξη του Hydrobot αλλά και τη βαθύτερη κατανόηση της λειτουργίας υποβρύχιων συστημάτων και της ποιότητας του νερού ως περιβαλλοντικής παραμέτρου.

Η εκπόνηση της εργασίας πραγματοποιήθηκε μέσα από διαδοχικά στάδια. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε εκτενής έρευνα και μελέτη επιστημονικών πηγών για την κατανόηση των αρχών λειτουργίας των υποβρύχιων συστημάτων και των αισθητήρων. Ακολούθησε ο σχεδιασμός και η υλοποίηση του συστήματος δειγματοληψίας και της μέτρησης pH. Για την εξασφάλιση της ακρίβειας, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές και βαθμονόμηση των αισθητήρων. Στη συνέχεια, έγινε καταγραφή και ανάλυση των δεδομένων που συλλέχθηκαν από πειράματα σε πραγματικές συνθήκες. Τέλος, η εργασία τεκμηριώθηκε λεπτομερώς και τα αποτελέσματα παρουσιάστηκαν συστηματικά.

Για την υλοποίηση της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν τόσο υλικά όσο και λογισμικά εργαλεία. Από το υλικό, χρησιμοποιήθηκαν δύο μονάδες Arduino Uno, ένας αισθητήρας πίεσης νερού με εύρος 0,5~4,5V, ένας αισθητήρας pH, μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα 12V και λαστιχένια μπαλόνια μίας χρήσης. Στο λογισμικό, χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα Arduino IDE για την ανάπτυξη και τον προγραμματισμό και την απεικόνιση των τιμών.

Ο ειδικός στόχος της εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός βελτιωμένου Hydrobot που θα μπορεί να συλλέγει δείγματα νερού από προκαθορισμένα βάθη και να μετρά την τιμή του pH, προσφέροντας έτσι ένα ολοκληρωμένο εργαλείο εξερεύνησης του υδάτινου περιβάλλοντος με επιστημονική ακρίβεια.

2. Στόχοι του Έργου

Ο κύριος στόχος του έργου είναι η δημιουργία ενός αυτοματοποιημένου συστήματος συλλογής δειγμάτων νερού από προκαθορισμένα βάθη. Για την ακριβή καταγραφή του βάθους χρησιμοποιείται αισθητήρας πίεσης, ο οποίος επιτρέπει τον αξιόπιστο υπολογισμό της υδροστατικής πίεσης. Παράλληλα, το σύστημα πραγματοποιεί ανάλυση της ποιότητας του νερού μέσω της μέτρησης του pH, παρέχοντας έτσι ολοκληρωμένα δεδομένα για το υδάτινο περιβάλλον. Το έργο στοχεύει επίσης στην ανάπτυξη δεξιοτήτων προγραμματισμού και ηλεκτρονικών εφαρμογών, καθώς και στην καλλιέργεια συνεργατικού πνεύματος και επίλυσης προβλημάτων μέσα από την ομαδική εργασία.

3. Αναβάθμιση του Hydrobot

3.1 Σύστημα Δειγματοληψίας Νερού

Η αναβάθμιση του Hydrobot περιλαμβάνει την προσθήκη ενός συστήματος δειγματοληψίας νερού. Για τη συλλογή των δειγμάτων, χρησιμοποιείται ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα 12V, η οποία τοποθετήθηκε στο υποβρύχιο όχημα και ελέγχεται από ένα επιπλέον κουμπί στο χειριστήριο. Η διαδικασία συλλογής πραγματοποιείται με τη χρήση εύκαμπτων λαστιχένιων μπαλονιών μίας χρήσης, τα οποία επιλέχθηκαν ώστε να μειώνεται το βάρος και να αποφεύγεται η μόλυνση από την επαναχρησιμοποίηση.

3.2 Σύστημα Μέτρησης Βάθους

Για τη μέτρηση του βάθους, το Hydrobot είναι εξοπλισμένο με αισθητήρα πίεσης νερού που λειτουργεί στην περιοχή 0,5~4,5V. Ο αισθητήρας αυτός είναι συνδεδεμένος με ένα Arduino Uno, το οποίο καταγράφει την πίεση σε πραγματικό χρόνο. Ο υπολογισμός του βάθους βασίζεται στην υδροστατική εξίσωση, σύμφωνα με την οποία κάθε μέτρο βάθους αντιστοιχεί σε αύξηση πίεσης περίπου 9800 Pascal (Pa).

Image 3. Σύνδεση Αισθητήρας Σύνδεσης Νερού

3.3 Διαδικασία Βαθμονόμησης Αισθητήρα Πίεσης

Η βαθμονόμηση του αισθητήρα πίεσης είναι απαραίτητη για την ακριβή μέτρηση του βάθους. Η διαδικασία ξεκινά με τη σύνδεση του αισθητήρα στο Arduino και την εκτέλεση προγράμματος για την καταγραφή της τάσης χωρίς βύθιση. Στη συνέχεια, πραγματοποιούνται μετρήσεις σε γνωστά βάθη για την επαλήθευση της ακρίβειας του αισθητήρα.

4. Μέτρηση pH στο Εργαστήριο

Για την ανάλυση της οξύτητας ή της αλκαλικότητας του νερού, το EcoSub διαθέτει αισθητήρα pH, ο οποίος είναι συνδεδεμένος με ένα δεύτερο Arduino. Η βαθμονόμηση του αισθητήρα πραγματοποιείται με τη μέθοδο δύο σημείων, χρησιμοποιώντας ρυθμιστικά διαλύματα pH 7.0 και pH 4.0, προκειμένου να διασφαλιστεί η ακρίβεια των μετρήσεων. Τα δεδομένα που συλλέγονται από τον αισθητήρα προβάλλονται σε πραγματικό χρόνο στην οθόνη του υπολογιστή, επιτρέποντας τη συνεχή παρακολούθηση των τιμών pH.

Image 4. Μέτρηση PH με Arduino

5. Μεθοδολογία και Λειτουργία

Η λειτουργία του Hydrobot ακολουθεί μια προκαθορισμένη μεθοδολογία. Αρχικά, το υποβρύχιο βυθίζεται σε προκαθορισμένο βάθος, το οποίο προσδιορίζεται με βάση τις ενδείξεις του αισθητήρα πίεσης. Στη συνέχεια, η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα ενεργοποιείται για τη συλλογή του δείγματος νερού. Το υποβρύχιο επιστρέφει στην επιφάνεια, όπου το δείγμα αναλύεται στο εργαστήριο για τον προσδιορισμό του pH.

6. Συμπεράσματα

Η αναβάθμιση του Hydrobot με το σύστημα δειγματοληψίας νερού και τη μέτρηση pH ενισχύει τις δυνατότητες εξερεύνησης και ανάλυσης του υδάτινου περιβάλλοντος. Μέσα από το έργο, οι μαθητές εξοικειώνονται με θεμελιώδεις έννοιες όπως η αισθητήρια τεχνολογία, η υδροστατική πίεση και η βαθμονόμηση. Το έργο προάγει τη διεπιστημονική μάθηση, συνδυάζοντας γνώσεις από την πληροφορική, τη φυσική και τη χημεία. Επιπλέον, η ανάπτυξη πρακτικών δεξιοτήτων στον προγραμματισμό και στη χρήση αισθητήρων αποτελεί σημαντικό εκπαιδευτικό όφελος, ενισχύοντας τη μαθησιακή εμπειρία και την επίλυση πραγματικών προβλημάτων.

Ευχαριστίες

Ευχαριστούμε το Ίδρυμα Ευγενίδου για την παροχή του αρχικού εξοπλισμού και την υποστήριξη του προγράμματος Hydrobot.

Βιβλιογραφία

Arduino (2023). «Arduino Uno Documentation». Διαθέσιμο: https://www.arduino.cc.

Ευγενίδειο Ίδρυμα (2011). «Hydrobot: Εκπαιδευτικό Υλικό».

Στάμου, Ι. (2018). «Υδροστατική Πίεση και Εφαρμογές». Αθήνα: Εκδόσεις Τεχνολογία.

http://hydrobots.gr/index/?page_id=88

http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2204/Fysiki_B-Gymnasiou_html-empl/index4_2.html

DFRobot. Gravity: Water Pressure Sensor Wiki. https://wiki.dfrobot.com/Gravity__Water_Pressure_Sensor_SKU__SEN0257

DFRobot. Gravity: Analog pH Sensor Meter Kit V2 Wiki. https://wiki.dfrobot.com/Gravity__Analog_pH_Sensor_Meter_Kit_V2_SKU_SEN0161-V2

DFRobot Product Page. https://www.dfrobot.com/product-1782.html?srsltid=AfmBOopHuU8B2ExjxgcfOtVgcLaJnvf1_ZP8BBoZhED7vSxGQThJOMTX

email: makedosb@sparmatseto.gr

Λέξεις-κλειδιά: Ποιότητα Αέρα, Βιο-ρομποτική, Τεχνητή Νοημοσύνη, Explainable AI, Ευεξία Μαθητών.

Το Πρόβλημα που Αντιμετωπίζουμε

Το πρόβλημα που πρόκειται να αντιμετωπίσει η κατασκευή αφορά την «αόρατη» σημαντικότατη υποβάθμιση της ποιότητας του αέρα στις σχολικές αίθουσες και την έλλειψη αντικειμενικής πληροφόρησης για τις επιπτώσεις της στην ευεξία και τη συγκέντρωση των μαθητών. Το βασικό ερώτημα που διερευνά η εργασία είναι κατά πόσο ένα αυτόνομο ρομποτικό σύστημα μπορεί να υποστηρίξει την παρακολούθηση της ποιότητας αέρα και την ευεξία των μαθητών σε πραγματικές σχολικές συνθήκες.

Στην καθημερινή σχολική ζωή, ο αερισμός των αιθουσών βασίζεται κυρίως στη διαίσθηση και όχι σε πραγματικά δεδομένα. Αυξημένα επίπεδα , αιωρούμενων σωματιδίων (PM2.5) και πτητικών οργανικών ενώσεων (TVOCs) δεν είναι αντιληπτά άμεσα, αλλά μπορούν να επηρεάσουν τη γνωστική απόδοση και να προκαλέσουν κόπωση, γεγονός που επιδρά σημαντικά στην συγκέντρωση των σκληρά εργαζόμενων μαθητών.

Παράλληλα, οι περισσότερες μετρήσεις είναι, δυστυχώς, στατικές και δεν αποτυπώνουν τη δυναμική του χώρου. Ως μαθητές αναγνωρίζουμε το πρόβλημα αφορά άμεσα τη σχολική κοινότητα, καθώς επηρεάζει την καθημερινή εμπειρία μαθητών και εκπαιδευτικών σε πραγματικές συνθήκες διδασκαλίας. Η ομάδα εντόπισε την ανάγκη για ένα χαμηλού κόστους, αξιόπιστο και εκπαιδευτικά χρησιμότατο σύστημα που θα καταγράφει σε πραγματικό χρόνο την ποιότητα του αέρα και θα συνδέει τα δεδομένα αυτά με δείκτες ευεξίας των μαθητών, χωρίς παρεμβατικό ή ιατρικό χαρακτήρα.

Περιγραφή της Ιδέας και της Προτεινόμενης Λύσης

Κατασκευάσαμε ένα αυτόνομο βιο-ρομποτικό σύστημα για τη συνεχή παρακολούθηση της ποιότητας αέρα και της ευεξίας των μαθητών σε σχολικές αίθουσες. Το σύστημα συνδυάζει ρομποτική, φορετή τεχνολογία και τεχνητή νοημοσύνη, λειτουργώντας ως «τεχνητό αισθητηριακό σύστημα» που επεκτείνει τις ανθρώπινες δυνατότητες αντίληψης.

Το σύστημα αποτελείται από δύο συνεργαζόμενες μονάδες:

• Φορητή και φορετή μονάδα μαθητή (wearable): Με χρήση Beetle ESP32-C3, συλλέγει ανώνυμα βιομετρικούς δείκτες (καρδιακό ρυθμό και κορεσμό οξυγόνου).
• Κινητή ρομποτική μονάδα περιβάλλοντος: Εξοπλισμένη με Arduino Uno Q που ελέγχει αισθητήρες , PM2.5, TVOCs λειτουργώντας, παράλληλα, και ως κεντρική μονάδα επεξεργασίας AI και ένα Arduino Uno που ελέγχει τον υπερηχητικό αισθητήρα και την κίνηση του ρομπότ.

Το ρομπότ κινείται αυτόνομα με βιομιμητικό αλγόριθμο Run and Tumble, εμπνευσμένο από το βακτήριο E. coli.

Πολυεπίπεδη Τεχνητή Νοημοσύνη

Το πρώτο μοντέλο ταξινομεί την κατάσταση (ασφαλής / επικίνδυνη / επηρεασμός μαθητών). Το δεύτερο μετατρέπει το αποτέλεσμα σε κατανοητό κείμενο (Explainable AI). Εκπαιδεύτηκαν με DecisionTreeClassifier και RandomForestClassifier για διαφάνεια και ερμηνευσιμότητα.

Σύγκριση προσέγγισης με και χωρίς τη χρήση AI

Αποτελέσματα Δοκιμών

Το σύστημα δοκιμάστηκε σε σχολική αίθουσα. Παράδειγμα: σε διδακτική ώρα με κλειστά παράθυρα, το  αυξήθηκε από 420 ppm σε 1.150 ppm μέσα σε 40 λεπτά, ενώ ο μέσος καρδιακός ρυθμός αυξήθηκε κατά 7 bpm. Το σύστημα ταξινόμησε την κατάσταση ως «επηρεασμός μαθητών» and έδωσε την ειδοποίηση: «Η αυξημένη συγκέντρωση  μπορεί να επηρεάζει τη συγκέντρωση. Προτείνεται άμεσος αερισμός.» Τα μοντέλα AI εκπαιδεύτηκαν με συνθετικά δεδομένα βασισμένα στις μετρήσεις και τη βιβλιογραφία, επιτυγχάνοντας υψηλή ακρίβεια.

Σχήμα 1. Χρονοσειρά Σχολικής Ημέρας — Συγκέντρωση CO_2 (ppm) ανά ώρα της ημέρας

Η προσέγγιση ακολουθεί κύκλο μηχανικού σχεδιασμού: εντοπισμός προβλήματος  κατασκευή  συλλογή δεδομένων  ανάλυση  βελτιστοποίηση. Το σύστημα έχει εκπαιδευτικό χαρακτήρα, με πλήρη ανωνυμία και χωρίς διαγνωστική χρήση, συνδέοντας επιστήμη και τεχνολογία με μετρήσιμο αντίκτυπο.

Αντίκτυπος της Κατασκευής στην Κοινότητα

Η προτεινόμενη λύση έχει άμεσο θετικό αντίκτυπο στη σχολική κοινότητα, ενισχύοντας την περιβαλλοντική επίγνωση και την καλή κατάσταση μαθητών και εκπαιδευτικών. Μέσα από αντικειμενικά δεδομένα, το σύστημα βοηθά στην κατανόηση της σημασίας της ποιότητας του αέρα και στη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων για τον αερισμό των αιθουσών.

Παράλληλα, συνδέει την επιστήμη με την κοινωνική προσφορά, καθώς αξιοποιεί τεχνολογίες αιχμής (ρομποτική, αισθητήρες, τεχνητή νοημοσύνη) για την επίλυση ενός πραγματικού προβλήματος που αφορά την υγεία και την καθημερινότητα των μαθητών. Η χαμηλού κόστους και αναπαραγώγιμη φύση του συστήματος επιτρέπει την εφαρμογή του και σε άλλα σχολεία. Επιπλέον, το έργο λειτουργεί εκπαιδευτικά, ενισχύοντας τον επιστημονικό γραμματισμό, την υπευθυνότητα και τη συμμετοχή των μαθητών σε ζητήματα που αφορούν το κοινό καλό.

Το σύστημα δεν λέει απλώς τιμές· αλλάζει συμπεριφορά στη σχολική αίθουσα και οδηγεί σε άμεσες, απλές παρεμβάσεις με μετρήσιμο αποτέλεσμα. Τέλος το project μας συνδυάζει υπεύθυνη τεχνητή νοημοσύνη, βιομιμητική ρομποτική και εκπαιδευτικό σχεδιασμό για την επίλυση ενός καθημερινού προβλήματος με μετρήσιμο κοινωνικό αντίκτυπο. Η χαμηλού κόστους και αναπαραγώγιμη φύση του συστήματος επιτρέπει την ευρύτερη αξιοποίησή του, ενώ η ιδέα θα μπορούσε να εξελιχθεί σε εκπαιδευτικό ή κοινωνικό εργαλείο για σχολεία, συνδυάζοντας STEM, καινοτομία και κοινωνική προσφορά.

Μελλοντική Εξέλιξη της Ιδέας

Η μελλοντική εξέλιξη της ιδέας περιλαμβάνει την επέκταση του συστήματος με επιπλέον αισθητήρες περιβάλλοντος, όπως θερμοκρασία, υγρασία και θόρυβο, ώστε να αποτυπώνεται συνολικά η ποιότητα του σχολικού χώρου. Παράλληλα, σχεδιάζεται μακροχρόνια συλλογή δεδομένων για τη μελέτη εποχικών και ημερήσιων μεταβολών. Σε τεχνολογικό επίπεδο, το σύστημα θα μπορούσε να συνδεθεί με αυτοματοποιημένους μηχανισμούς αερισμού ή ειδοποίησης, διατηρώντας πάντα τον υποστηρικτικό και μη παρεμβατικό χαρακτήρα του.

Σε εκπαιδευτικό επίπεδο, η ιδέα μπορεί να αξιοποιηθεί ως ανοιχτή πλατφόρμα μάθησης STEM, δίνοντας τη δυνατότητα σε μαθητές να πειραματιστούν με δεδομένα, αλγορίθμους και πραγματικά προβλήματα. Παρά τα υψηλά ποσοστά ακρίβειας των μοντέλων μας, αναγνωρίζουμε ότι η χρήση συνθετικών δεδομένων αποτελεί μια αρχική προσέγγιση. Στόχος μας είναι στο μέλλον να τροφοδοτήσουμε το σύστημα με ακόμη μεγαλύτερο όγκο δεδομένων από διαφορετικές σχολικές αίθουσες για να ενισχύσουμε τη γενίκευση (generalization) του αλγορίθμου. Μακροπρόθεσμα, το έργο θα μπορούσε να αποτελέσει πρότυπο για σχολικά δίκτυα παρακολούθησης περιβάλλοντος, ενισχύοντας τη βιωσιμότητα και την υγεία της σχολικής κοινότητας.

Βιβλιογραφία

Alter, Naomi C., et al. “Quantifying the association between PM2.5 air pollution and IQ loss in children: a systematic review and meta-analysis.” Springer Nature Link, 2024, https://link.springer.com/article/10.1186/s12940-024-01122-x. Accessed 02 01 2026.

Khosravi, Sara, et al. “Wearable Sensors for Learning Enhancement in Higher Education.” MDPI, 2022, https://www.mdpi.com/1424-8220/22/19/7633. Accessed 04 01 2026.

Li, Hao, et al. “A Survey on Biomimetic and Intelligent Algorithms with Applications.” National Library Of Medicine, 2024. Accessed 02 01 2025.

Oluyemi, Toyinbo. “Indoor Environmental Quality, Pupils’ Health, and Academic Performance—A Literature Review.” MDPI, 2023, https://www.mdpi.com/2075-5309/13/9/2172. Accessed 02 01 2025.

“Futuristic office with holographic screen and robotic arm in a high-tech environment» prompt. Gemini, Google, 19 Ιαν. 2026.

Ευσταθοπούλου Δανάη, Λύκειο Κολλεγίου Αθηνών

Χαρατσής Ευάγγελος, Βιολόγος, Λύκειο Κολλεγίου Αθηνών
eharatsis@athenscollege.edu.gr

Περίληψη

Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα της σύγχρονης Βιολογίας και της Ιατρικής, είναι η κατανόηση των μηχανισμών καρκινογένεσης και η αποτελεσματική καταπολέμηση των όγκων και του καρκίνου. Έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι ίασης του καρκίνου, οι οποίες όμως δεν είναι πάντα αποτελεσματικές ενώ συνήθως προκαλούν αρνητικές παρενέργειες. Με την ανάπτυξη έρευνας στην σωματιδιακή Φυσική και της τεχνολογίας ανάλυσης με σύγχρονους Η/Υ, αναδύθηκε η πρωτοπόρος και σχεδόν αδιανόητη μέχρι πρότινος ιδέα της θεραπείας όγκων με υλικά αντιύλης (π.χ. χρήση ελεγχόμενων δεσμίδων ακτινοβολίας). Σε όλα τα σωματίδια που συγκροτούν τη συνήθη ύλη αντιστοιχούν αντισωματίδια με ίδια μάζα m, αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο ή ενδεχομένως και άλλους κβαντικούς αριθμούς. Έτσι, στο πρωτόνιο αντιστοιχεί το αντιπρωτόνιο (p⁻) και στο ηλεκτρόνιο αντιστοιχεί το αποκαλούμενο ποζιτρόνιο (e+). Όταν ένα σωματίδιο ύλης συγκρούεται με το αντίστοιχο αντισωματίδιό του, αμφότερα εξαϋλώνονται, αφήνοντας μόνο ενεργειακά ίχνη σε μορφή ακτινοβολίας γ. Καλλιεργείται σε ερευνητικά εργαστήρια η θεωρητική ιδέα εξαΰλωσης καρκινικών κυττάρων, με χρήση δεσμίδων ακτινών αντιύλης, η οποία όμως παρουσιάζει δυσκολίες στην πρακτική εφαρμογή κυρίως λόγω της έλλειψης κατάλληλων «εργαλείων». Στην εργασία μας εξερευνούμε διάφορους σύγχρονους τρόπους αξιοποίησης της αντιύλης, εστιάζοντας σε διακεκριμένες σύγχρονες επιστημονικές εργασίες που μπορούν να αποτελέσουν τον προπομπό της Ιατρικής του δεύτερου μισού του 21^ου αιώνα. Επίσης, διερευνούμε τις δυσκολίες που αναδεικνύονται από τις θεωρίες αυτές και τα εμπόδια υλοποίησης τους, που προκύπτουν κυρίως από το γεγονός πως η παραγωγή αντιύλης είναι άκρως δύσκολη, αφού απαιτεί τεράστια ποσά ενέργειας και χρημάτων, ενώ ο έλεγχός της (πχ. με μαγνητικά πεδία) είναι, επίσης,  δύσκολος.

Λέξεις Κλειδιά: Αντιύλη, αντιμετώπιση καρκίνου, ποζιτρόνια, αντιπρωτόνια

Εισαγωγή

Η αντιύλη αποτελείται από αντισωματίδια, που αντιστοιχούν στα σωματίδια -τα οποία συγκροτούν την ύλη γύρω μας- αλλά έχουν αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Τα πιο γνωστά αντισωματίδια, τα ποζιτρόνια, που αντιστοιχούν σε θετικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, χρησιμοποιούνται στην ιατρική στα PET scans.  Τα ποζιτρόνια εκπέμπονται όταν ένα πρωτόνιο ασταθούς πυρήνα μετατρέπεται σε ένα νετρόνιο, παράγοντας παράλληλα ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διάσπαση β⁺ (Helmenstine,2022).

Σχήμα 1: Η διάσπαση β+ (Helmenstine,2022)

Όταν ένα σωματίδιο έρχεται σε επαφή με το αντίστοιχο αντισωματίδιό του εξαϋλώνονται και εκπέμπεται ενέργεια σε μορφή φωτονίων (Hofstätter,2012). Έτσι, έρχεται στο προσκήνιο η υπόθεση πως θα μπορούσαμε να αξιοποιήσουμε αυτό το φαινόμενο για την αντιμετώπιση του καρκίνου ή για την εφαρμογή της αντιύλης στον τομέα της ιατρικής, την οποία και θέσαμε ως ερευνητικό μας ερώτημα.

Ερευνητική Μέθοδος

Μελετήσαμε αρκετά ερευνητικά άρθρα και πειράματα σχετικά με την αντί-ύλη, την δημιουργία, την εξαΰλωση, την εφαρμογή της στη ιατρική και την προοπτική για την καταπολέμηση του καρκίνου με αυτή. Μετά από αρκετή έρευνα, κρίνοντας ποιες πηγές είναι χρήσιμες και ποιες όχι τις παρουσιάσαμε στον επιβλέποντα καθηγητή μας και, εν συνεχεία, συνθέσαμε την παρούσα εργασία, αφού πρώτα δημιουργήσαμε ένα σχεδιάγραμμα για το πώς θα δομηθεί.

Αποτελέσματα Έρευνας

Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων

Τα καρκινικά κύτταρα μεταβολίζουν περισσότερη γλυκόζη, ώστε να καλύψουν τις ανάγκες τους για ταχύτατη αναπαραγωγή τους (rapid cancers) (Le et al., 2018). Πριν από την τομογραφία, στον ασθενή γίνεται ένεση και παρέχεται μια γλυκοζο-ανάλογη ουσία, που περιέχει το ισότοπο του φθορίου ¹⁸F, που εκπέμπει ποζιτρόνια. Τα καρκινικά κύτταρα μεταβολίζουν την γλυκοζο-ανάλογη ουσία με το φθόριο -αντί της γλυκόζης- και ο τομογράφος ανιχνεύει τα ποζιτρόνια που εκπέμπονται από την ουσία, όπου αυτή έχει μεταβολιστεί. Έτσι, είναι δυνατός ο εντοπισμός των καρκινικών κυττάρων, με μια μέθοδο που δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στον ασθενή (Sunderland,2025).

Σχήμα 2: (a) Τομογραφία (PET scan), όπου διακρίνεται η ύπαρξη καρκινικών κυττάρων ( κόκκινο βέλος). Σκούρο χρώμα διακρίνεται επίσης σε άλλα όργανα, που επίσης μεταβολίζουν γλυκόζη κανονικά, και την γλυοκοζο-ανάλογη ουσία σε αυτή την περίπτωση. (b) Η δομή ενός μορίου γλυκόζης και ενός αλλοιωμένου, όπου συμπεριλαμβάνει το ισότοπο του φθορίου 18F. (Sunderland,2025)

«Ακτίνες Αντιύλης»

Μια θεωρητική εισαγωγή της αντιύλης στην αντικαρκινική θεραπεία είναι οι «ακτίνες αντιύλης» (antimatter beams). Στέλνοντας ποζιτρόνια και αντιπρωτόνια στοχευμένα σε καρκινικά κύτταρα -έχοντας, δηλαδή, επιταχύνει τα σωματίδια, ώστε να αποκτήσουν την κατάλληλη ταχύτητα και το τέλος της τροχίας τους, όταν ακινητοποιηθούν, να βρίσκεται στα καρκινικά κύτταρα- είναι εφικτή η εξαΰλωσή τους, με μηδενική επίδραση σε γειτονικούς ιστούς (Eissa,2025). Στην διάρκεια της τροχιάς τους, τα σωματίδια απελευθερώνουν ενέργεια, μέχρι να φτάσουν στο τέλος της, σε αυτήν την περίπτωση τον όγκο. Εκεί, απελευθερώνουν την μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας (Bragg peak) (CERN, 2006), ενώ εκεί γίνεται και η σύγκρουση και εξαΰλωση σωματιδίων-αντισωματιδίων. Όσο λιγότερη ενέργεια απελευθερώνεται στην πορεία τους, τόσο μικρότερη θα είναι η καταστροφή των υγιών ιστών (από τους οποίους περνάνε) και η καταστροφή θα γίνεται κυρίως στα καρκινικά κύτταρα, στο τέλος της τροχιάς τους.

Σχήμα 3: Πείραμα του CERN, στο οποίο μετράται η ενέργεια που απελευθερώνεται στην τροχιά σωματιδίων, αποδεικνύει πως την μικρότερη απελευθέρωση πριν το Bragg peak έχουν τα αντιπρωτόνια. (CERN, 2006)

Έχει παρατηρηθεί πως την μικρότερη απελευθέρωση πριν το Bragg peak έχουν τα αντιπρωτόνια, μικρότερη ακόμη και από τα πρωτόνια (CERN, 2006) (Σχήμα 3).

Συνεπώς, θεωρήσαμε ότι μια θεραπεία με αντιπρωτόνια, θα ήταν πιο αποτελεσματική σε σχέση με την ήδη υπάρχουσα ακτινοθεραπεία πρωτονίων, στην οποία -παρόμοια με τις ακτίνες «αντιύλης»- στέλνονται πρωτόνια για την καταπολέμηση όγκων. Αυτό, όχι μόνο λόγω της μικρότερης εναπόθεσης ενέργειας, αλλά φυσικά και εξαιτίας του φαινομένου της εξαΰλωσης. Υποθέσαμε, επίσης, ότι μία τέτοια χρήση δεσμίδας αντιύλης θα ήταν πολύ πιο αποτελεσματική σε σύγκριση με υπάρχουσες συμβατικές αντικαρκινικές θεραπείες, που έχουν τεράστια αρνητική επίπτωση σε γειτονικούς υγιείς ιστούς πέριξ του όγκου και μη.

Δυσκολίες

Παρόλο που η εισαγωγή της αντιύλης στην αντικαρκινική θεραπεία φαντάζει επαναστατική, είναι ανέφικτη με την τωρινή τεχνολογία. Η παραγωγή αντιύλης απαιτεί τεράστια ποσά ενέργειας και χρημάτων, αφού για 1g αντιύλης απαιτούνται 25TWh ενέργειας σε πλήρη αποτελεσματικότητα και επένδυση ύψους 62,5 τρισεκατομμυρίων δολαρίων (Eissa, 2025). Επίσης, δύσκολη είναι και η αποθήκευση αντί-ύλης, αν και επιστήμονες στο CERN έχουν καταφέρει να διατηρήσουν αντιυδρογόνο χωρίς να εξαϋλωθεί για περίπου 17 λεπτά, με την χρήση μαγνητικών και ηλεκτροστατικών παγίδων (Eissa, 2025). Συγκεκριμένα, για ηλεκτρικά φορτισμένα αντισωματίδια χρησιμοποιείται η παγίδα Penning, ενώ αξιοποιώντας και την παγίδα Ioffe-Pritchard, έχει επιτευχθεί η δημιουργία και διατήρηση του αντιυδρογόνου (Gabrielse et al.,2008). Ακόμη, θετική φαίνεται να είναι και η επιτυχία φυσικών του CERN να μεταφέρουν παγίδα γεμάτη αντιπρωτόνια, πολύ πρόσφατα, μέσω του προγράμματος «BASE» τον Μάρτιο του 2026 (CERN, 2026).

Σχήμα 4: Σχηματική απεικόνιση της παγίδας Penning, με περιγραφή των μελών της και της λειτουργίας της (Satyajit et al.,2009)

Συζήτηση

Βλέποντας τις δυσκολίες, είναι προφανές πως η αντιύλη δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο σύντομο μέλλον για την θεραπεία του καρκίνου. Λαμβάνοντας, όμως, υπόψιν τα ευεργετικά αποτελέσματα που μπορεί να έχει, θεωρούμε πως με την εξέλιξη της τεχνολογίας είναι αναγκαία η εμβάθυνση σε αυτόν τον τομέα για την αντιμετώπιση του καρκίνου.

Συμπεράσματα

Μέσω της έρευνάς μας, συμπεράναμε πως η αντί-ύλη ήδη χρησιμοποιείται για την ανίχνευση του καρκίνου (PET scans), ενώ υπάρχουν αντικαρκινικές μέθοδοι που χρησιμοποιούν σωματίδια (ακτινοθεραπεία με πρωτόνια) και θα μπορούσαν να είναι λιγότερο βλαβερές και περισσότερο αποτελεσματικές με την χρήση αντίσωματιδίων. Η ενσωμάτωση της αντιύλης σε αυτόν τον τομέα θα είχε τεράστια σημασία, σώζοντας ζωές και προωθώντας τον 3^ο στόχο βιώσιμης ανάπτυξης περί ευημερίας και καλής υγείας. Παρόλα αυτά, χρειάζονται άλματα στην τεχνολογία, ώστε να γίνει ο κύριος τρόπος καταπολέμησης του καρκίνου.

Αναφορές

Cern. (2006, December 6). Antiprotons could help fight against cancer – CERN courier. CERN Courier. Διαθέσιμο online: https://cerncourier.com/a/antiprotons-could-help-fight-against-cancer/, προσπελάστηκε στις 25/01/2026.

CERN. (2026, March 24). BASE experiment at CERN succeeds in transporting antimatter. https://home.cern/news/press-release/experiments/base-experiment-cern-succeeds-transporting-antimatter, προσπελάστηκε στις 06/04/2026.

Eissa, M. E. (2025). Antimatter: The potential impact on the future of medical and pharmaceutical industries. Universal Journal of Pharmaceutical Research, 70-78.

Gabrielse, G., Larochelle, P., Le Sage, D., Levitt, B., Kolthammer, W. S., McConnell, R., Richerme, P., Wrubel, J., & Speck, A. (2008, March 18). Antihydrogen Production within a Penning-Ioffe Trap. APS Journals. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.100.113001, προσπελάστηκε στις 06/04/2026.

Helmenstine, A. (2022, July 3). Beta Decay Definition and Examples. Science Notes and Projects. Διαθέσιμο online: https://sciencenotes.org/beta-decay-definition-and-examples/, προσπελάστηκε στις 18/01/2026.

Hofstätter, T. (2012, January 23). When matter and antimatter annihilate each other. Astronomy. Διαθέσιμο online: https://www.astronomy.com/science/when-matter-and-antimatter-annihilate-each-other/, προσπελάστηκε στις 24/01/2026.

Kt, Satyajit & Gupta, Anita & Joshi, Gopal & Mohan, Shyam & Pushpa, Rao & Ananthamurthy, Sharath. (2009). Loading Detection and Number Estimation of an Electron Plasma in a Penning Trap. Plasma Science and Technology, προσπελάστηκε στις 06/04/2026.

Le, A., Bose, S., & Zhang, C. (2018). The heterogeneity of cancer metabolism (2nd ed.). Springer.

Sunderland, J. (2025, September 1). Medical imaging with antimatter. PHYSICS TODAY. Διαθέσιμο online: https://physicstoday.aip.org/features/medical-imaging-with-antimatter, προσπελάστηκε στις 24/01/2026.

Αγγελική Ηλιάσκου, Καθηγήτρια Φυσικής

iliaskouaggeliki@yahoo.com

Λέξεις-κλειδιά: Τεχνητή Νοημοσύνη, αποίκηση του διαστήματος, παγκόσμιοι στόχοι, ανθρώπινη επιβίωση, θεμελιώδεις νόμοι

Αποίκηση του διαστήματος

Η Γη είναι το μοναδικό γνωστό σπίτι της ανθρωπότητας, όμως τα τελευταία χρόνια αντιμετωπίζει σοβαρά προβλήματα, όπως η κλιματική αλλαγή, η ρύπανση, η εξάντληση των φυσικών πόρων και η εκθετική αύξηση του πληθυσμού. Αυτές οι προκλήσεις απειλούν τη μακροπρόθεσμη επιβίωση του ανθρώπου. Για τον λόγο αυτό, η αποίκηση του διαστήματος δεν αποτελεί πλέον απλή επιστημονική φαντασία, αλλά μια αναγκαία και πιθανή λύση.

Η Φυσική και η Τεχνητή Νοημοσύνη (Α.Ι.) διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο σε αυτή την προσπάθεια. Η πρώτη εξηγεί τους θεμελιώδεις νόμους του σύμπαντος, ενώ η δεύτερη παρέχει τα απαραίτητα εργαλεία ανάλυσης, προσομοίωσης και αυτοματισμού για την επιβίωση σε άλλους πλανήτες. Όπως τόνισε ο Stephen Hawking στο Oxford Union τον Νοέμβριο του 2016: «Η Γη είναι σαν μια παλιά γερασμένη βάρκα· αν θέλουμε να επιβιώσουμε μακροπρόθεσμα πρέπει να φύγουμε από αυτήν και να ταξιδέψουμε σε άλλα λιμάνια».

Σήμερα, διαστημικές υπηρεσίες όπως η NASA, καθώς και ιδιωτικές εταιρείες όπως η SpaceX, εργάζονται συστηματικά για να κάνουν αυτό το σενάριο πραγματικότητα. Ωστόσο, για να υποστηρίξει ένας άλλος πλανήτης την ανθρώπινη ζωή, απαιτούνται κλειστά και αποδοτικά συστήματα υποστήριξης ζωής (ανάκτηση νερού από υδρατμούς και υγρά απόβλητα, μετατροπή του CO₂ σε οξυγόνο, και παραγωγή τροφής). Η υδροπονία σε ελεγχόμενο περιβάλλον και οι λύσεις τριχοειδούς ροής (capillary-based) έχουν ήδη δοκιμαστεί επιτυχώς στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS), αποτελώντας μια ρεαλιστική οδό. Οι σύγχρονες έρευνες επισημαίνουν ότι τα συνδυασμένα βιοαναγεννητικά συστήματα υποστήριξης ζωής (Bio-regenerative Life Support Systems) μειώνουν δραστικά την ανάγκη συνεχούς μεταφοράς προμηθειών από τη Γη.

Οφέλη αποίκησης και σύνδεση με Παγκόσμιους Στόχους

Η εξερεύνηση και η αποίκηση άλλων πλανητών προσφέρει πολλαπλά οφέλη στην ανθρωπότητα:

• Διασφάλιση του είδους: Σε περίπτωση μιας ολοκληρωτικής καταστροφής στη Γη, το ανθρώπινο είδος θα συνεχίσει να υπάρχει σε κάποιο άλλο ουράνιο σώμα.
• Προαγωγή της επιστήμης: Η διαστημική έρευνα διευρύνει τα όρια της γνώσης μας για τη λειτουργία της φύσης και του σύμπαντος.
• Τεχνολογικές καινοτομίες: Η ανάπτυξη συστημάτων καθαρισμού αέρα, ανακύκλωσης νερού και διαχείρισης πόρων βρίσκει άμεση εφαρμογή στη βελτίωση της ποιότητας ζωής στη Γη.
• Καθαρή Ενέργεια: Η ηλιακή ισχύς αποτελεί τη βασική πηγή ενέργειας για κάθε μελλοντική αποικία. Η ποσότητα της ενέργειας που δέχεται ένας πλανήτης από τον Ήλιο περιγράφεται από τον φυσικό τύπο:

Με τη βοήθεια της Τεχνητής Νοημοσύνης, μπορούμε να αναλύσουμε την ένταση της ακτινοβολίας και την κατεύθυνση του Ήλιου, ρυθμίζοντας αυτόματα τη γωνία των φωτοβολταϊκών πάνελ για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης.

• Οικονομικές ευκαιρίες: Η υπεύθυνη εκμετάλλευση εξωγήινων πόρων μπορεί να δημιουργήσει νέους βιομηχανικούς κλάδους.

Σύμφωνα με αναλύσεις της NASA και σχετικές δημοσιεύσεις στο περιοδικό Nature (2023), το εγχείρημα της αποίκησης συνδέεται άμεσα με τους εξής Παγκόσμιους Στόχους Βιώσιμης Ανάπτυξης:

1. Στόχος 7 (Καθαρή και προσιτή ενέργεια): Ωθεί στην ανάπτυξη ηλιακών συστημάτων υψηλής απόδοσης και μικρών, ασφαλών πυρηνικών αντιδραστήρων.
2. Στόχος 9 (Βιομηχανία, καινοτομία και υποδομές): Απαιτεί ανθεκτικές υποδομές, όπως 3D-εκτύπωση με τοπικά υλικά (ISRU) και αυτοματοποιημένα ρομπότ κατασκευής.
3. Στόχος 13 (Δράση για το κλίμα): Η διαχείριση πόρων σε ακραία περιβάλλοντα προσφέρει τεχνογνωσία για τη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος στη Γη.
4. Στόχος 17 (Συνεργασία για τους στόχους): Απαιτεί τη συντονισμένη διεθνή συνεργασία κρατικών, επιστημονικών και ιδιωτικών φορέων.

Πειραματική διαδικασία: Επιλογή καταλύματος

Για τη μελέτη της λήψης αποφάσεων σχετικά με τη διαμονή σε άλλους πλανήτες, πραγματοποιήθηκε πείραμα με τίτλο: «Επιλογή καταλύματος για αποίκηση σε άλλον πλανήτη: Σύγκριση ανθρώπινης κρίσης με Α.Ι.»

Υλικά: 4 εικόνες διαφορετικών τύπων καταλυμάτων, πίνακας καταγραφής ψήφων.
Διαδικασία: Παρουσιάστηκαν σε μια ομάδα 10 μαθητών-συμμετεχόντων 4 διαφορετικά σενάρια καταλυμάτων:

1. Σκηνή με ειδική μόνωση
2. Θόλος από γυαλί
3. Υπόγεια κατασκευή
4. Πολυώροφο κτίσμα

Ζητήθηκε από τους συμμετέχοντες να επιλέξουν ποιο θεωρούν το πιο ασφαλές και βιώσιμο κατάλυμα για την αρχική εγκατάσταση.

Τα αποτελέσματα των ψήφων αποτυπώνονται συγκεντρωτικά στον Πίνακα 1:

Πίνακας 1. Κατανομή των ψήφων των 10 μαθητών-συμμετεχόντων στα προτεινόμενα καταλύματα

Συμπεράσματα

Η ανάλυση των αποτελεσμάτων του πειράματος αναδεικνύει μια σαφή απόκλιση ανάμεσα στην ανθρώπινη κρίση και την προσέγγιση της Τεχνητής Νοημοσύνης.

Οι περισσότεροι άνθρωποι επέλεξαν τις ενωμένες σκηνές (Κατάλυμα Α), καθώς φαντάζουν οικείες, πρακτικές, προσφέρουν μια αίσθηση κοινότητας και ψυχολογική άνεση. Η επιλογή αυτή βασίστηκε κυρίως στο συναίσθημα. Όσοι επέλεξαν την υπόγεια κατασκευή (Κατάλυμα Γ) εστίασαν ορθώς στην προστασία από το ακραίο εξωτερικό περιβάλλον, ενώ η μοναδική ψήφος στο πολυώροφο κτίσμα (Κατάλυμα Δ) δόθηκε ως σύμβολο τεχνολογικής εξέλιξης και αντοχής.

Αντίθετα, η αξιολόγηση της Α.Ι. βασίζεται αποκλειστικά σε αντικειμενικά και ποσοτικά κριτήρια, όπως:

• Η επαρκής προστασία από την κοσμική ακτινοβολία και τους μικρομετεωρίτες.
• Η θερμική σταθερότητα.
• Η ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας.
• Η δυνατότητα μελλοντικής επέκτασης και η δομική ανθεκτικότητα.

Με βάση αυτά, η Α.Ι. προτείνει ως βέλτιστη αρχική λύση την υπόγεια κατασκευή για τη μόνιμη και ασφαλή διαβίωση, ενώ τα πολυώροφα κτίσματα θα πρέπει να αξιοποιούνται σε δεύτερο χρόνο για εξειδικευμένες ερευνητικές χρήσεις. Συνεπώς, η ιδανική προσέγγιση είναι ο συνδυασμός τους για την επίτευξη μιας απόλυτα ισορροπημένης και βιώσιμης αποικίας.

Ο ανθρώπινος αποικισμός άλλων κόσμων δεν αποτελεί πια μακρινή ουτοπία. Όπως χαρακτηριστικά δήλωσε ο Stephen Hawking: «Αν η ανθρωπότητα πρόκειται να συνεχίσει την πορεία της για το επόμενο ένα εκατομμύριο χρόνια, το μέλλον μας απαιτεί να προχωρήσουμε με τόλμη πέρα από εκεί που τόλμησαν να πάνε οι προηγούμενοι. Είμαι αισιόδοξος. Πρέπει να είμαι. Δεν έχουμε άλλη επιλογή».

Βιβλιογραφία

Hawking, S. (2018). Brief Answers to the Big Questions. Bantam Books.

Impey, C. (2015). Beyond: Our Future in Space. W. W. Norton & Company.

Roach, M. (2010). Packing for Mars: The Curious Science of Life in the Void. W. W. Norton & Company.

Cockell, C. S. (2014). Planetary Protection and the colonization of Mars. Acta Astronautica, 93, 494-498.

Boston, P. J. (2010). Extraterrestrial Caves and Habitats for Life and Humanity. Geomorphology, 134(1-2), 99-113.

Musk, E. (2017). Making Humans a Multi-Planetary Species. New Space, 5(2), 46-51.

Ελισάβετ Εξηνταβελώνη, Καθηγήτρια Χημείας, Anatolia

email: elsae@anatolia.edu.gr

Εισαγωγή

Τα φυσικά αρώματα χρησιμοποιούνται σε προϊόντα όπως καλλυντικά, καθαριστικά, αρωματικές ύλες τροφίμων και αποσμητικά χώρου. Τα αρώματα αυτά συχνά προέρχονται από αιθέρια έλαια που εξάγονται από φυτά, όπως βότανα και εσπεριδοειδή, για παράδειγμα το θυμάρι και η φλούδα πορτοκαλιού. Μία από τις πιο διαδεδομένες μεθόδους για την απόκτηση αυτών των αρωματικών ενώσεων είναι η απόσταξη, η οποία επιτρέπει τον διαχωρισμό πτητικών ουσιών χρησιμοποιώντας μόνο νερό και θερμότητα.
Σε πολλές εφαρμογές, οι αρωματικές ενώσεις πρέπει να διαλυθούν σε κατάλληλο διαλύτη προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε υγρά προϊόντα. Η αιθανόλη χρησιμοποιείται συνήθως για τον σκοπό αυτό, καθώς μπορεί να διαλύσει πολλές αρωματικές ουσίες και θεωρείται σχετικά ασφαλής. Παρ’ όλα αυτά, η αιθανόλη είναι ένας ακριβός διαλύτης και η υπερβολική χρήση της δεν είναι ιδανική για το περιβάλλον.
Για τον λόγο αυτό, είναι σημαντικό να προσδιορίσουμε την ελάχιστη ποσότητα αιθανόλης που απαιτείται για την παραγωγή ενός διαυγούς διαλύματος που περιέχει αιθέριο έλαιο. Η μείωση της ποσότητας της αιθανόλης όχι μόνο μειώνει το κόστος παραγωγής αρωμάτων, αλλά υποστηρίζει και τις αρχές της βιώσιμης και πράσινης χημείας, οι οποίες προωθούν τη μείωση των διαλυτών όπως είναι η αιθανόλη.
Σκοπός του παρόντος πειράματος είναι, επομένως, να διερευνηθεί πώς η συγκέντρωση της αιθανόλης επηρεάζει τη θολερότητα διαλυμάτων που περιέχουν φυσικά αρωματικά αποστάγματα από θυμάρι και φλούδα πορτοκαλιού. Συγκρίνοντας τη συμπεριφορά αυτών των δύο φυσικών αρωμάτων, θα προσδιορίσουμε ποιο απόσταγμα απαιτεί λιγότερη αιθανόλη για να σχηματίσει διαυγές διάλυμα και, συνεπώς, είναι καταλληλότερο από την περιβαλλοντική και οικονομική πλευρά.

Λέξεις κλειδιά: Φυσικά αρώματα, Βιωσιμότητα, Διαλυτότητα, Πράσινη Χημεία, Απόσταξη.
Διερευνητικό ερώτημα: Πώς επηρεάζει η ποσότητα της αιθανόλης τη θολερότητα διαλυμάτων που περιέχουν φυσικά αρωματικά αποστάγματα από θυμάρι και φλούδα πορτοκαλιού;

•     Ανεξάρτητη μεταβλητή: Όγκος αιθανόλης
•     Εξαρτημένη μεταβλητή: Απορρόφηση σε μήκος κύματος λ=550″ nm»  / θολερότητα
•     Σταθερές μεταβλητές: Αραίωση διαλυμάτων, όγκος νερού για την απόσταξη (100″ mL» ), μάζα θυμαριού (10″ g»  για όλες τις μετρήσεις), μάζα πορτοκαλιού (50″ g»  για όλες τις μετρήσεις)

Περιγραφή της διαδικασίας απόσταξης

Η απόσταξη είναι μια τεχνική διαχωρισμού μειγμάτων. Στην περίπτωση φυτικών υλικών, χρησιμοποιείται συνήθως η απόσταξη με υδρατμούς. Όταν το φυτικό υλικό θερμαίνεται μέσα σε νερό, οι πτητικές αρωματικές ενώσεις εξατμίζονται μαζί με τους υδρατμούς. Οι ατμοί αυτοί στη συνέχεια ψύχονται σε έναν ψυκτήρα και συλλέγονται ως υγρό απόσταγμα. Το απόσταγμα περιέχει νερό καθώς και μικρές ποσότητες αρωματικών ενώσεων που προέρχονται από τα αιθέρια έλαια του φυτού. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει την εξαγωγή φυσικών αρωμάτων με απλό και ασφαλή τρόπο.

Εικόνα 1. Σχηματική αναπαράσταση της πειραματικής διάταξης απλής απόσταξης

Πειραματική διαδικασία

Υλικά και σκεύη: Πορτοκάλι, Θυμάρι, Απιονισμένο νερό, Αιθανόλη, Ηλεκτρονικός ζυγός, Ύαλος ωρολογίου, Συσκευή απόσταξης.

Παρασκευή των αποσταγμάτων

Πραγματοποιήθηκαν δύο ξεχωριστά πειράματα απόσταξης:

1. Απόσταξη φλούδας πορτοκαλιού:  φλούδας πορτοκαλιού τοποθετήθηκαν σε σφαιρική φιάλη μαζί με  απιονισμένου νερού.
2. Απόσταξη θυμαριού:  αποξηραμένου θυμαριού τοποθετήθηκαν σε σφαιρική φιάλη μαζί με  νερού.

Οι ποσότητες του θυμαριού και του πορτοκαλιού ήταν αρκετές ώστε να γεμίσει ικανοποιητικά η σφαιρική φιάλη. Και στις δύο περιπτώσεις, το μείγμα θερμάνθηκε, οι παραγόμενοι ατμοί συμπυκνώθηκαν και συλλέχθηκαν. Συλλέχθηκαν ίσοι όγκοι αποστάγματος ().

Εικόνα 2. Απόσταξη θυμαριού στη σφαιρική φιάλη

Παρασκευή αραιώσεων

Για τη μελέτη της επίδρασης της αιθανόλης στη διαύγεια των διαλυμάτων, παρασκευάστηκε μια σειρά αραιώσεων για κάθε απόσταγμα. Για κάθε δείγμα ο τελικός όγκος ήταν 10″ mL» . Χρησιμοποιήθηκαν 2″ mL»  αποστάγματος σε κάθε διάλυμα. Ο υπόλοιπος όγκος συμπληρώθηκε με νερό και αιθανόλη, με συγκεντρώσεις αιθανόλης που κυμαίνονταν από 0% έως 50%.

Φασματοφωτομετρικές μετρήσεις

Η θολερότητα κάθε διαλύματος μετρήθηκε με χρήση φασματοφωτομέτρου σε μήκος κύματος 550″ nm» . Υψηλότερες τιμές απορρόφησης αντιστοιχούσαν σε μεγαλύτερη θολερότητα, ενώ χαμηλότερες τιμές υποδήλωναν πιο διαυγή διαλύματα. Κάθε μέτρηση επαναλήφθηκε τρεις φορές και υπολογίστηκε η μέση τιμή απορρόφησης.

Αποτελέσματα

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων απορρόφησης για τις διάφορες συγκεντρώσεις αιθανόλης παρουσιάζονται συγκεντρωτικά στον Πίνακα 1:

Σχήμα 1: Γραφική παράσταση απορρόφησης – διαλυμάτων αιθανόλης (Πορτοκάλι & Θυμάρι)

Συμπεράσματα

Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι το ποσοστό της αιθανόλης επηρεάζει τη θολερότητα των διαλυμάτων που περιέχουν φυσικά αρωματικά αποστάγματα από θυμάρι και φλούδα πορτοκαλιού. Σε συγκέντρωση αιθανόλης 0%, και τα δύο αποστάγματα παρουσίασαν υψηλή θολερότητα, με μέσες τιμές απορρόφησης A=0,60 για το απόσταγμα πορτοκαλιού και A=0,85 για το απόσταγμα θυμαριού. Καθώς η συγκέντρωση της αιθανόλης αυξανόταν, παρατηρήθηκε συνεχής μείωση της απορρόφησης και στα δύο δείγματα, δηλαδή αύξηση της διαύγειας των διαλυμάτων.
Για το απόσταγμα φλούδας πορτοκαλιού, η απορρόφηση μειώθηκε σε 0,22 στο 20% αιθανόλης και στη συνέχεια σε 0,12 στο 30% αιθανόλης, φτάνοντας σε πολύ χαμηλή τιμή 0,03 στο 50% αιθανόλης. Αυτό δείχνει ότι οι αρωματικές ενώσεις του πορτοκαλιού διαλύονται ικανοποιητικά σε σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις αιθανόλης.
Αντίθετα, το απόσταγμα θυμαριού απαιτούσε υψηλότερες συγκεντρώσεις αιθανόλης για να επιτευχθεί παρόμοια διαύγεια. Στο 20% αιθανόλης, η απορρόφηση παρέμενε σχετικά υψηλή (A=0,55), ενώ πιο διαυγή διαλύματα παρατηρήθηκαν μόνο στο 40% αιθανόλης (A=0,18) και στο 50% αιθανόλης (A=0,08).
Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι οι αρωματικές ενώσεις που περιέχονται στο θυμάρι είναι λιγότερο διαλυτές σε υδατικά διαλύματα σε σύγκριση με εκείνες της φλούδας πορτοκαλιού. Συνεπώς, η ελάχιστη συγκέντρωση αιθανόλης που απαιτείται για την παρασκευή διαυγών διαλυμάτων είναι χαμηλότερη για το πορτοκάλι από ό,τι για το θυμάρι.
Συμπερασματικά, από το πείραμα προκύπτει ότι η αύξηση της ποσότητας της αιθανόλης μειώνει τη θολερότητα των αρωματικών αποσταγμάτων και ότι η επίδραση αυτή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη φύση της αρωματικής πηγής. Με τον τρόπο αυτό επιβεβαιώνεται το ερευνητικό ερώτημα ότι η ποσότητα της αιθανόλης επηρεάζει άμεσα τη θολερότητα του διαλύματος.

Βιβλιογραφία

McMurry, J. (2016). Organic Chemistry (9th ed.). Cengage Learning.
Guenther, E. (1972). The Essential Oils, Vol. 1: History, Origin in Plants, Production, Analysis. Krieger Publishing Company.
Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S., & Vyvyan, J. R. (2015). Introduction to Spectroscopy (5th ed.). Cengage Learning.

Περίληψη

Η αλλοίωση τροφίμων λόγω ανάπτυξης μούχλας αποτελεί καθημερινό φαινόμενο που οδηγεί σε σημαντική σπατάλη τροφίμων. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας, της υγρασίας και της πρόσβασης στον αέρα στην ανάπτυξη μούχλας σε ψωμί. Πραγματοποιήθηκαν τρία πειράματα, στα οποία μεταβαλλόταν κάθε φορά ένας από τους παραπάνω παράγοντες, ενώ οι υπόλοιποι παρέμεναν σταθεροί. Φέτες ψωμιού παρατηρήθηκαν για χρονικό διάστημα δεκατεσσάρων ημερών και καταγράφηκε η εμφάνιση και η εξάπλωση της μούχλας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι χαμηλές θερμοκρασίες καθυστερούν σημαντικά την ανάπτυξη μυκήτων, ενώ η μέση υγρασία φαίνεται να ευνοεί περισσότερο την ανάπτυξη μούχλας. Παράλληλα, η πλήρης έκθεση στον αέρα οδήγησε σε ξήρανση του ψωμιού και περιορισμένη ανάπτυξη μούχλας. Η έρευνα συμβάλλει στην κατανόηση των συνθηκών σωστής αποθήκευσης τροφίμων και συνδέεται με τη μείωση της σπατάλης τροφίμων και τη βιώσιμη κατανάλωση.

Λέξεις-κλειδιά: μούχλα, ψωμί, θερμοκρασία, υγρασία, αέρας

Εισαγωγή

Η μούχλα αποτελεί μορφή μυκήτων που αναπτύσσεται σε τρόφιμα όταν υπάρχουν κατάλληλες συνθήκες θερμοκρασίας, υγρασίας και θρεπτικών ουσιών. Τα σπόρια μυκήτων υπάρχουν συνεχώς στον αέρα και, όταν εγκατασταθούν σε κατάλληλο περιβάλλον, δημιουργούν μυκήλιο που εξαπλώνεται στο τρόφιμο. Η αλλοίωση τροφίμων οδηγεί σε σημαντική σπατάλη, γεγονός που επηρεάζει το περιβάλλον και την οικονομία. Σκοπός της εργασίας είναι να διερευνηθεί πώς διαφορετικές συνθήκες αποθήκευσης επηρεάζουν την ανάπτυξη μούχλας στο ψωμί.

Εικόνα 1 : Ανάπτυξη μούχλας σε ψωμί με ορατά σπόρια μυκήτων

Υλικά – Μέθοδοι

Χρησιμοποιήθηκαν φέτες ψωμιού ίδιου πάχους και τύπου. Στο πρώτο πείραμα οι φέτες τοποθετήθηκαν σε κατάψυξη, ψυγείο και θερμοκρασία δωματίου ώστε να εξεταστεί η επίδραση της θερμοκρασίας. Στο δεύτερο πείραμα αποθηκεύτηκαν σε κλειστές σακούλες με διαφορετικά επίπεδα υγρασίας. Στο τρίτο πείραμα οι φέτες τοποθετήθηκαν σε συνθήκες χωρίς αέρα, με περιορισμένη πρόσβαση αέρα και πλήρως εκτεθειμένες στο περιβάλλον. Τα δείγματα παρακολουθήθηκαν για 14 ημέρες και καταγράφονταν καθημερινές παρατηρήσεις.

Αποτελέσματα

Η ανάπτυξη μούχλας ήταν ταχύτερη στη θερμοκρασία δωματίου, ενώ στις χαμηλές θερμοκρασίες καθυστέρησε σημαντικά. Στα δείγματα με μέση υγρασία παρατηρήθηκε εντονότερη ανάπτυξη, ενώ η πλήρης έκθεση στον αέρα προκάλεσε ξήρανση του ψωμιού και μικρότερη ανάπτυξη μούχλας. Παρατηρήθηκαν διαφορετικές μορφές μυκήτων ανάλογα με τις συνθήκες αποθήκευσης.

Εικόνα 2 : Αποτελέσματα αναφορικά με τη θερμοκρασία

Εικόνα 3 : Αποτελέσματα αναφορικά με την υγρασία

Εικόνα 4 : Αποτελέσματα αναφορικά με το οξυγόνο

Γράφημα 1 : Ανάπτυξη μούχλας στο ψωμί σε διαφορετικές θερμοκρασίες κατά τη διάρκεια 14 ημερών

Συζήτηση

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η θερμοκρασία αποτελεί τον σημαντικότερο παράγοντα ανάπτυξης μούχλας, ενώ η υγρασία και η πρόσβαση στον αέρα επηρεάζουν τον ρυθμό ανάπτυξης με διαφορετικούς τρόπους. Η ξήρανση του ψωμιού φαίνεται να περιορίζει την ανάπτυξη μυκήτων, παρά την παρουσία σπορίων στον αέρα. Πιθανά σφάλματα σχετίζονται με μικρές διαφορές στα δείγματα και μεταβολές περιβάλλοντος.

Συμπεράσματα

Η έρευνα δείχνει ότι η σωστή αποθήκευση ψωμιού σε χαμηλές θερμοκρασίες και ελεγχόμενη υγρασία μπορεί να καθυστερήσει την ανάπτυξη μούχλας και να μειώσει τη σπατάλη τροφίμων. Η κατανόηση των συνθηκών αλλοίωσης τροφίμων βοηθά στην υιοθέτηση πιο βιώσιμων πρακτικών στην καθημερινή ζωή.

Βιβλιογραφικές Πηγές

CN Additives. “How to Tackle Mold Issues in Bread.” CN Additives,
www.cnadditives.com/info/how-to-tackle-mold-issues-in-bread-102810422.html.
Accessed 7 Feb. 2026.

Legan, J. D. “Mould Spoilage of Bread: The Problem and Some Solutions.”
International Biodeterioration & Biodegradation, vol. 32, no. 1–3, 1993,
pp. 33–53. ScienceDirect,https://doi.org/10.1016/0964-8305(93)90038-4.

Sciencing. “Why Does Mold Grow on Food?” Sciencing,
www.sciencing.com/why-does-mold-grow-food-4966797/.
Accessed 7 Feb. 2026.

WebMD. “What to Know About Moldy Food.” WebMD,
www.webmd.com/diet/what-to-know-mold-food.
Accessed 7 Feb. 2026.

Student, 1st Gymnasium of Ioannina, Greece (nikolaos.varvarousis@gmail.com / 120199322@cty-greece.gr)

David Read,

Ed.D., Lecturer, Computer Science Department, Skidmore College, Saratoga Springs NY, CTY USA (dread@skidmore.edu)

Keywords: Java, programming, electronic game, disabilities.

Introduction

The integration of technology into education and therapy has revolutionized how we support individuals with disabilities. Digital tools, particularly electronic games, have shown great potential in fostering skill development in an engaging and interactive manner. However, many existing games lack accessibility features, making them difficult or impossible for individuals with motor disabilities to play. This project addresses this gap by developing “HelloNa,” an accessible electronic game designed specifically to support individuals with motor disabilities.

“HelloNa” (derived from the Greek word for turtle, “χελώνα”) is a Java-based electronic game designed to promote motor and cognitive skills while providing an entertaining experience. The game challenges players to guide a turtle character through a maze to reach its food, avoiding obstacles and walls along the way. By offering simple, customizable controls and an intuitive interface, “HelloNa” aims to be accessible to players with varying levels of physical ability.

Μαθητές ΓΕΛ

Nikimou09@gmail.com, melkaf14@gmail.com, helenkyriazis@gmail.com, georgakm@gmail.com

Ηλίας Αθανασόπουλος, Στασινός Γιαννέας

Φυσικός, Ελληνογαλλική Σχολή Ουρσουλινών, Φυσικός, Ελληνογαλλική Σχολή Ουρσουλινών

athnasopoulos@e-ursulines.gr, gianneas@e-ursulines.gr

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Το «πράσινο» υδρογόνο, το υδρογόνο δηλαδή που δεν έχει παραχθεί από ορυκτά καύσιμα, αποτελεί την καθαρή ενεργειακή λύση του μέλλοντος καθώς παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μέσω της ηλεκτρόλυσης νερού και θα συμβάλλει στην παγκόσμια απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, βωξίτης κ.α.) που έχουν δυσμενείς επιπτώσεις για το περιβάλλον. Η ηλεκτρόλυση του νερού, δηλαδή η διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο με την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, πραγματοποιείται μέσω μιας ειδικής συσκευής ηλεκτρόλυσης όπου εισάγονται δύο ηλεκτρόδια που είναι συνδεδεμένα με μια μπαταρία. Ύστερα, παρατηρείται ο σχηματισμός φυσαλίδων στα δύο ηλεκτρόδια σηματοδοτώντας την έναρξη της παραγωγής των δύο αερίων (υδρογόνο και οξυγόνο) που με το πέρασμα του χρόνου, αυξάνεται. Στο πείραμα χρησιμοποιήσαμε ένα φωτοβολταϊκό πάνελ ως μπαταρία, για να επιτευχθεί η ηλεκτρόλυση του νερού με χαμηλό κόστος και με περιβαλλοντικά επωφελή τρόπο, αξιοποιώντας την άφθονη ηλιακή ενέργεια. Ιδανικά, μπορούν να παραχθούν από 1 λίτρο νερό περίπου 1200 λίτρα υδρογόνου (και περίπου 600 λίτρα οξυγόνου) που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο. Με την διαδικασία αυτή, καταλήξαμε στο συμπέρασμα πως με μια μεγαλύτερη ποσότητα νερού θα παραχθούν ακόμα περισσότερα λίτρα υδρογόνου που αργότερα θα τροφοδοτήσουν με ηλεκτρική ενέργεια κτήρια, βιομηχανίες, κοινόχρηστους χώρους (οδούς, πλατείες κλπ.) και με καύσιμη ύλη οχήματα Ι.Χ., μέσα μαζικής μεταφοράς μέχρι και διαστημικούς πυραύλους.

Λέξεις κλειδιά: οξυγόνο, υδρογόνο, ηλεκτρόλυση νερού, καύση.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η εξάντληση των μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι ένα θέμα που καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε στην εποχή μας. Πώς μπορούμε όμως να παράγουμε υδρογόνο από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα; Η ηλεκτρόλυση του νερού μπορεί να αποτελέσει μέρος της λύσης αυτού του προβλήματος. Στη συγκεκριμένη αυτή εργασία επικεντρωθήκαμε στο παραγόμενο υδρογόνο, που αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία ως φορέας καθαρής ενεργείας όσων αφορά ένα φιλικότερο για το κλίμα, μέλλον. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι δεν είναι όλες οι διαδικασίες παραγωγής υδρογόνου εξίσου βιώσιμες ή φιλικές προς το περιβάλλον. Για να αξιοποιηθούν στο έπακρο τα οφέλη του υδρογόνου ως καθαρή πηγή ενέργειας, είναι εξαιρετικά σημαντικό να χρησιμοποιούνται ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για την παραγωγή του. Η ηλεκτρόλυση είναι η περισσότερο υποσχόμενη διαδικασία καθώς επιτρέπει την φιλική προς το περιβάλλον παραγωγή του υδρογόνου, κυρίως όταν η ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιείται προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και σε αυτή την περίπτωση, μέσω από ένα φωτοβολταϊκό πάνελ. Έτσι λοιπόν, η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, μπορεί να μειώσει σημαντικά τις εκπομπές CO2 στην παραγωγή υδρογόνου, καθιστώντας την πιο βιώσιμη.

ΟΙ ΣΤΟΧΟΙ ΜΑΣ

1.        i.          Να πετύχουμε την παραγωγή καθαρού «πράσινου» υδρογόνου και οξυγόνου.
2.      ii.          Να αναδείξουμε την χρήση υδρογόνου ως καθαρό καύσιμο σε κυψέλες καυσίμων.
3.    iii.          Να παρουσιάσουμε την χρήση υδρογόνου ως καθαρό καύσιμο για την τροφοδότηση μηχανών εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ).
4.    iv.          Να προτείνουμε τρόπους καύσης του οξυγόνου και του υδρογόνου.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΠΡΑΣΙΝΟ ΥΔΡΟΓΟΝΟ

Το «πράσινο» υδρογόνο, το υδρογόνο δηλαδή που δεν έχει παραχθεί από ορυκτά καύσιμα, αποτελεί την καθαρή ενεργειακή λύση του μέλλοντος καθώς παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μέσω της ηλεκτρόλυσης νερού και θα συμβάλλει στην παγκόσμια απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, βωξίτης κ.α.) που έχουν δυσμενείς επιπτώσεις για το περιβάλλον.

Σχήμα 1. Φωτοβολταϊκά και ανεμογεννήτριες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, για την παραγωγή H2 η οποία αποθηκεύεται και μεταφέρεται με βυτιοφόρο όχημα.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΥΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

Το «πράσινο» υδρογόνο, το υδρογόνο δηλαδή που δεν έχει παραχθεί από ορυκτά καύσιμα, αποτελεί την καθαρή ενεργειακή λύση του μέλλοντος καθώς παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μέσω της ηλεκτρόλυσης νερού και θα συμβάλλει στην παγκόσμια απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, βωξίτης κ.α.) που έχουν δυσμενείς επιπτώσεις για το περιβάλλον.

Σχήμα 2. Η διαδικασία της ηλεκτρόλυσης, χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα.( Διάσπαση νερού σε H2 και O2)

ΤΙ ΥΛΙΚΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΑΜΕ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ

1.        i.          Ποτήρι ή δοχείο με νερό με λίγο θειικό οξύ για να αγώγιμο.
2.      ii.          Μία παροχή ρεύματος, στο συγκεκριμένο πείραμα ένα φωτοβολταϊκό πάνελ.
3.    iii.          Δύο ηλεκτρόδια.
4.    iv.          Καλώδια σύνδεσης.
5.       v.          Συσκευή ηλεκτρόλυσης Hoffman.

ΕΚΤΕΛΕΣΗ

1.        i.          Προετοιμασία διαλύματος:
2.      ii.          Αρχικά, γεμίζουμε ένα δοχείο με νερό στο οποίο προσθέτουμε θειικό οξύ έτσι ώστε να υπάρχουν αρκετά ιόντα για την εκτέλεση του πειράματος.
3.     iii.          Ύστερα γεμίζουμε τη συσκευή ηλεκτρόλυσης Hoffman με το με διάλυμα αυτό από το δοχείο του μεσαίου σωλήνα.
4.    iv.          Σύνδεση καλωδίων με τα ηλεκτρόδια:
5.      v.          Συνδέουμε στα δύο ηλεκτρόδια τα καλώδια παροχής.
6.    vi.          Σχηματισμός αερίων:
7.    vii.          Ενεργοποιούμε την παροχή ρεύματος και δίνουμε τάση 10 Volt.
8. Στην άνοδο, δηλαδή στον θετικό πόλο παράγεται οξυγόνο και παρατηρείται έντονος αφρισμός  ενώ στην κάθοδο, δηλαδή στον αρνητικό πόλο παράγεται υδρογόνο.

Διακρίνουμε την παραγωγή φυσαλίδων και στους δύο σωλήνες ενώ παρατηρούμε το ότι ο όγκος του παραγόμενου υδρογόνου είναι διπλάσιος από τον όγκο του παραγόμενου οξυγόνου. Η στάθμη του διαλύματος στο σωλήνα μέσα στον οποίο παράγεται το υδρογόνο ελαττώνεται αρκετά σε σχέση με του οξυγόνου.

Σχήμα 3. Πείραμα ηλεκτρόλυσης που πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο του σχολείου μας.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Μετά την ηλεκτρόλυση παράγεται υψηλής καθαρότητας υδρογόνου. Πιο συγκεκριμένα, στην κάθοδο, ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια) ανάγονται σε υδρογόνο ενώ στην άνοδο, το νερό οξειδώνεται σε οξυγόνο και πρωτόνια. Οι διεργασίες αυτές περιγράφονται αντίστοιχα από τις παρακάτω αντιδράσεις

2H+(aq) + 2e- → H2(g) (κάθοδος)

και

2H2O(liq) → O2 + 4H+(aq) + 4e- (άνοδος)

οι οποίες μας δίνουν το συνολικό μηχανισμό της ηλεκτρόλυσης

2H2O(liq) → O2(g) + 2H2(g)

 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Από τα αποτελέσματα του πειράματος της ηλεκτρόλυσης νερού προκύπτουν τα παρακάτω συμπεράσματα:

1.        i.          Το νερό μπορεί να διασπαστεί σε δύο απλούστερες ουσίες: το υδρογόνο και το οξυγόνο άρα, είναι σύνθετη ουσία.
2.      ii.          Το υδρογόνο είναι καύσιμο και το οξυγόνο είναι οξειδωτικός παράγοντας για καύση.
3.     iii.          Όσες φορές και αν διασπάσουμε οποιαδήποτε ποσότητα νερού, θα προκύπτει η ίδια αναλογία όγκου και μάζας υδρογόνου – οξυγόνου. Επομένως, το νερό έχει σταθερή σύσταση.
4.    iv.          Ο όγκος του υδρογόνου είναι διπλάσιος από τον όγκο του οξυγόνου.
5.      v.          Το υδρογόνο που παράγεται είναι υψηλής καθαρότητας.
6.    vi.          Το παραγόμενο οξυγόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για βιομηχανική ή άλλη χρήση όπως για παράδειγμα: σε διαστημικές αποστολές η διάσπαση του νερού θα μπορούσε να παράγει υδρογόνο και οξυγόνο για να καλύψει τις ανάγκες των αστροναυτών
7.   vii.          Το παραγόμενο υδρογόνο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο οχημάτων.

ΧΡΗΣΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΩΝ

Το υδρογόνο μπορεί να χαρακτηριστεί σαν το απόλυτο καύσιμο, διότι δεν έχει αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον καθώς κατά την καύση του παράγεται μόνο νερό και καθόλου ρύποι. Ο 21ος αιώνας προβλέπεται να είναι ο αιώνας του υδρογόνου, της μηδενικής εκπομπής ρύπων καυσίμου και της σταδιακής εγκατάλειψης των ορυκτών καυσίμων και των προβλημάτων που συσσώρευσαν στο περιβάλλον μας. Ενδεικτικά, η Ισλανδία, προσβλέπει σε μία υποδομή πλήρως βασισμένη στο υδρογόνο μέχρι το 2030-2040, ενώ μέχρι το 2030 στόχος του υπουργείου ενέργειας των Η.Π.Α. είναι η αντικατάσταση του 10% της ενεργειακής κατανάλωσης από ενέργεια υδρογόνου.

Κυψέλες καυσίμου (Fuelcell):Οι κυψέλες καυσίμου μπορούν να χαρακτηριστούν σαν κέντρα ενός συστήματος το οποίο χρησιμοποιεί το υδρογόνο ως καύσιμο και αναλαμβάνουν τη μετατροπή του καυσίμου σε χρήσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Δεν αποτελούν δηλαδή τον ίδιο τον κινητήρα αλλά το μέσο που παράγει ενέργεια για να τροφοδοτήσει ένα κινητήρα. Στην προκειμένη περίπτωση παράγεται ηλεκτρισμός για κάποιο ηλεκτρικό μοτέρ, που με τη σειρά του θα κινήσει το αυτοκίνητο.

Σχήμα 4. Απεικονίζεται η ηλεκτροχημική αντίδραση στην κυψέλη καυσίμου. Το υδρογόνο οξειδώνεται στην άνοδο, ενώ το οξυγόνο ανάγεται στην κάθοδο, απελευθερώνοντας ενέργεια.

Οχήματα υδρογόνου (FCEV): Τα οχήματα υδρογόνου, FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles), αποτελούν ηλεκτρικά αυτοκίνητα τα οποία διαθέτουν ως καύσιμο υγροποιημένο ή αέριο υδρογόνο που έχει παραχθεί με τη βοήθεια της ηλεκτρόλυσης, αποθηκευμένο σε κάποιο ρεζερβουάρ υψηλής πίεσης.

Η ηλεκτρόλυση λαμβάνει χώρα εντός της κυψέλης καυσίμου, δηλαδή του ηλεκτρολυτικού κελιού που διαχωρίζει τα δύο στοιχεία με μία μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίου (PEM). Από τη μία, εισάγεται το υδρογόνο και από την άλλη αέρα από το περιβάλλον. Ο στόχος, στην προκειμένη περίπτωση είναι να δημιουργηθεί μία αντίδραση μεταξύ του υδρογόνου και του οξυγόνου του αέρα, παράγοντας ρεύμα και νερό. Μία κυψέλη καυσίμου μπορεί να παράγει σταθερά περίπου 0,7 Volt. Αυτά μπορεί να μην δείχνουν σπουδαία, χρησιμοποιώντας όμως μία σειρά από τέτοιες κυψέλες, εύκολα παράγεται ικανή ενέργεια για να τροφοδοτήσει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο. Επιπλέον, στην πράξη το μόνο «απόβλητο» μίας μονάδας fuel cell είναι η παραγωγή υδρατμών, που αποβάλλονται απροβλημάτιστα στο περιβάλλον με αποτέλεσμα να μειώνεται η ρύπανση του.

Σχήμα 5. Διάγραμμα οχήματος με κυψέλη καυσίμου, που απεικονίζει τα βασικά εξαρτήματα και τη ροή ε-νέργειας: Ηλεκτρισμός, Υδρογόνο, Πρόωση

BOSCH

«Το μέλλον της αυτοκίνησης είναι η ηλεκτροκίνηση με κυψέλες υδρογόνου.»: Για την Bosch το μέλλον της αυτοκίνησης είναι η ηλεκτρική ενέργεια, πόσο μάλλον, όταν η εταιρεία θεωρεί την ηλεκτροκίνηση σημαντικό παράγοντα για την μείωση των εκπομπών CO2 στην ατμόσφαιρα. Γι’ αυτό η Bosch αναπτύσσει ένα σύστημα κίνησης κυψελών καυσίμου υδρογόνου με έμφαση στα φορτηγά, το οποίο σχεδιάζει να βγάλει στη παραγωγή το 2022-2023. Με το συγκεκριμένο σύστημα κινητήρα κυψελών καυσίμου, ακόμη και φορτηγά 40 τόνων θα μπορούν να διανύσουν πάνω από 1.000 χλμ. σε ηλεκτρική λειτουργία. Το νέο αυτό σύστημα μετάδοσης κίνησης αναμένεται να καθιερωθεί σταδιακά και στα επιβατικά οχήματα.

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Η συμμετοχή μας στον διαγωνισμό ACSTAC αποτέλεσε μια μοναδική εμπειρία που θα μας συνοδεύει στο υπόλοιπο της ακαδημαϊκής μας σταδιοδρομίας καθώς είχαμε την δυνατότητα όχι μόνο να παρουσιάσουμε την έρευνά μας αλλά ταυτόχρονα να παρακολουθήσουμε ενδιαφέρουσες εργασίες παιδιών, που μας προσέφεραν πολλές καινούργιες πληροφορίες σε διάφορους τομείς. Συνεπώς, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε το Αμερικανικό Κολλέγιο Ανατόλια, που μας έδωσε την ευκαιρία να συμμετέχουμε στον διαγωνισμό και στα workshop που οργανωθήκαν, τα οποία μας βοήθησαν να καταλάβουμε με πόσους διαφορετικούς τρόπους μπορούμε να συμβάλλουμε στη περίθαλψη του πλανήτη μας. Επιπλέον, θα θέλαμε να εκφράσουμε την ευγνωμοσύνη που νιώθουμε για την βοήθεια και καθοδήγηση που μας προσέφεραν οι καθηγητές μας και για την ατέλειωτη υποστήριξη που λάβαμε από τη διεύθυνση του σχολείου μας, «Ελληνογαλλική Σχολή Ουρσουλινών». Τέλος, ελπίζουμε να σας κινήσει το ενδιαφέρον το άρθρο μας, έτσι ώστε να συμβάλλουμε όλοι μαζί στην προστασία του περιβάλλοντος.

ΑΝΑΦΟΡΕΣ

ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ- Γραφείο Εκπαίδευσης: Ηλεκτρόλυση νερού. Διαθέσιμο online:.

CHEMNOESIS: Η ηλεκτρόλυση του νερού. Διαθέσιμο online: https://chem.noesis.edu.gr/I-ilektrolysi-tou-nerou

Ιστολόγιο Αλευρά Πέτρο: 2.6.1 ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΗ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ – ΧΗΜΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ – ΧΗΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ. Διαθέσιμο online: https://blogs.sch.gr/petalevras

Wikipedia: Ηλεκτρόλυση. Διαθέσιμο στο https://el.wikipedia.org/wiki/Ηλεκτρόλυση

Wikipedia: Κυψέλη_καυσίμου https://el.wikipedia.org/wiki/Κυψέλη_καυσίμου

CAR AND DRIVER: Υδρογόνο: Πώς λειτουργεί ένα αυτοκίνητο με κυψέλες καυσίμου. Διαθέσιμο Online:https://www.caranddriver.gr/texnologia/arthro/ydrogono_kai_kypseles_kaysimou_h_arxi_leitourgias_video-7737072/

Wikipedia. Solid oxide fuel cell (protonic). Διαθέσιμο online:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/90/Solid_oxide_fuel_cell_protonic.svg/200px-Solid_oxide_fuel_cell_protonic.svg.png

BOSCH: Το μέλλον της αυτοκίνησης είναι η ηλεκτροκίνηση με κυψέλες υδρογόνου. Διαθέσιμο online: https://www.bosch.gr/news-and-stories/fuel-cells/

Χημεία (Β΄ Γυμνασίου) – Βιβλίο Μαθητή (Εμπλουτισμένο): 2.6 Διάσπαση του νερού – Χημικές ενώσεις και χημικά στοιχεία. Διαθέσιμο online:http://ebooks.edu.gr/ebooks/v/html/8547/2206/chimeia_b-gymnasiou_html-empl/index2_6.html

Europosters: Green hydrogen production from ecological renewable power generation outline diagram. Διαθέσιμο online: https://www.europosters.gr/green-hydrogen-production-from-ecological-renewable-power-generation-outline-diagram-f532737070

Atlas Copco: Παραγωγή υδρογόνου: Πώς γίνεται το υδρογόνο και τι είναι; Διαθέσιμο online: https://www.atlascopco.com/el-gr/compressors/air-compressor-blog/what-is-hydrogen-and-how-is-it-