Testna vožnja BMW in vodik: prvi del

Hrumen grozeče nevihte je še vedno odmeval na nebu, ko se je ogromno letalo približalo mestu pristanka blizu New Jerseyja. 6. maja 1937 je zračna ladja Hindenburg izvedla prvi let v tej sezoni in nanjo sprejela 97 potnikov.

Čez nekaj dni naj bi ogromen balon, napolnjen z vodikom, odletel nazaj v Frankfurt na Majni. Ameriški državljani, željni priča kronanju britanskega kralja Georgea VI, so že dolgo rezervirali vsa mesta na letu, a usoda je odločila, da se ti potniki ne bodo nikoli vkrcali na letalskega velikana.

Kmalu po zaključku priprav na pristanek zračne ladje je njen poveljnik Rosendahl opazil plamene na njenem trupu in po nekaj sekundah se je ogromna krogla spremenila v zlovešče leteče poleno, ki je še po pol časa pustilo na tleh le usmiljene kovinske drobce. minuta. Ena najbolj presenetljivih stvari v tej zgodbi je prisrčno dejstvo, da je številnim potnikom na krovu goreče zračne ladje na koncu uspelo preživeti.

Grof Ferdinand von Zeppelin je konec 1917. stoletja sanjal o letenju z vozilom, lažjim od zraka, ki je skiciral okvirni diagram lahkega letala, napolnjenega s plinom, in sprožil projekte za njegovo praktično izvedbo. Zeppelin je živel dovolj dolgo, da je videl, da njegova stvaritev postopoma vstopa v življenje ljudi, in umrl leta 1923, malo preden je njegova država izgubila prvo svetovno vojno, in uporaba njegovih ladij je bila prepovedana z Versajsko pogodbo. Na cepeline so bila dolga leta pozabljena, vendar se z vzponom Hitlerjeve oblasti vse spet spreminja z vrtoglavo hitrostjo. Novi vodja podjetja Zeppelin, dr. Hugo Eckner, je trdno prepričan, da so pri zasnovi zračnih ladij potrebne številne pomembne tehnološke spremembe, med katerimi je glavna nadomestitev vnetljivega in nevarnega vodika s helijem. Žal pa ZDA, ki so bile takrat edine proizvajalke te strateške surovine, niso mogle prodati helija Nemčiji v skladu s posebnim zakonom, ki ga je leta 129 sprejel kongres. Zato se nova ladja, imenovana LZ XNUMX, sčasoma napaja z vodikom.

Konstrukcija ogromnega novega balona iz lahkih aluminijevih zlitin je dolga skoraj 300 metrov in ima premer približno 45 metrov. Ogromno letalo, enakovredno Titanicu, poganjajo štirje 16-valjni dizelski motorji, vsak s 1300 KM. Hitler seveda ni zamudil priložnosti, da bi "Hindenburg" spremenil v živahni propagandni simbol nacistične Nemčije in storil vse, da bi pospešil začetek njegovega izkoriščanja. Kot rezultat, je že leta 1936 "spektakularna" zračna ladja opravljala redne čezatlantske polete.

Na prvem poletu leta 1937 je bilo pristajališče v New Jerseyju polno navdušenih gledalcev, navdušenih srečanj, sorodnikov in novinarjev, od katerih so mnogi čakali ure in ure, da se je nevihta polegla. Tudi radio pokriva zanimiv dogodek. V nekem trenutku tesnobno pričakovanje prekine tišina govorca, ki čez trenutek histerično zavpije: »Z neba pada ogromna ognjena krogla! Nikogar ni živega ... Ladja se nenadoma zasveti in je v trenutku videti kot velikanska goreča bakla. Nekateri potniki so v paniki začeli skakati iz gondole, da bi ubežali grozljivemu ognju, a se je izkazalo, da je bil zanje usoden zaradi višine sto metrov. Na koncu preživi le nekaj potnikov, ki počakajo, da se zračna ladja približa kopnemu, a veliko jih je hudo opečenih. V nekem trenutku ladja ni mogla prenesti škode zaradi divjega požara in na tisoče litrov balastne vode v premcu se je začelo zlivati ​​v tla. Hindenburg hitro našteje, goreči zadek trešči v tla in konča v popolnem uničenju v 34 sekundah. Šok spektakla pretrese na tleh zbrano množico. Takrat so uradni vzrok za strmoglavljenje označili za grom, ki je povzročil vžig vodika, v zadnjih letih pa nemški in ameriški strokovnjak kategorično trdita, da je tragedija z ladjo Hindenburg, ki je brez težav prestala številna neurja , je bil vzrok za katastrofo. Po številnih opazovanjih arhivskih posnetkov so prišli do zaključka, da je požar izbruhnil zaradi gorljive barve, ki je prekrila oblogo zračne ladje. Požar nemške zračne ladje je ena najbolj zloveščih nesreč v zgodovini človeštva in spomin na ta strašni dogodek je za mnoge še vedno zelo boleč. Še danes omemba besed zračna ladja in vodik prikliče v spomin ognjeni pekel New Jerseyja, čeprav bi bil ob primerni »udomačitvi« najlažji in najbolj razširjen plin v naravi kljub svojim nevarnim lastnostim izjemno uporaben. Po mnenju velikega števila sodobnih znanstvenikov je pravo obdobje vodika še vedno v teku, čeprav je hkrati velik del znanstvene skupnosti skeptičen do tako ekstremnih manifestacij optimizma. Med optimisti, ki podpirajo prvo hipotezo, in najbolj zagrizene zagovornike vodikove ideje pa seveda morajo biti Bavarci iz BMW. Nemško avtomobilsko podjetje se verjetno najbolje zaveda neizogibnih izzivov na poti do vodikovega gospodarstva in predvsem premaguje težave pri prehodu z ogljikovodikovih goriv na vodik.

Ambicioznost

Sama zamisel o uporabi goriva, ki je tako okolju prijazno in neizčrpno kot zaloge goriva, se človeštvu v primežu energetskega boja zdi kot čarovnija. Danes obstaja več kot eno ali dve »vodikovi družbi«, katerih poslanstvo je spodbujanje pozitivnega odnosa do lahkega plina in nenehno organiziranje srečanj, simpozijev in razstav. Podjetje za pnevmatike Michelin na primer veliko vlaga v organizacijo vse bolj priljubljenega Michelin Challenge Bibendum, svetovnega foruma, osredotočenega na vodik za trajnostna goriva in avtomobile.

Vendar pa optimizem, ki veje iz govorov na tovrstnih forumih, še vedno ni dovolj za praktično uresničitev čudovite vodikove idile, vstop v vodikovo gospodarstvo pa je na tej tehnološki stopnji razvoja civilizacije neskončno zapleten in neizvedljiv dogodek.

V zadnjem času pa si človeštvo prizadeva za uporabo vedno več alternativnih virov energije, in sicer lahko vodik postane pomemben most za shranjevanje energije sonca, vetra, vode in biomase, ki jo pretvori v kemično energijo. ... Preprosto povedano, to pomeni, da električne energije, ki jo proizvajajo ti naravni viri, ni mogoče shraniti v velikih količinah, ampak jo lahko uporabimo za proizvodnjo vodika z razgradnjo vode v kisik in vodik.

Čeprav se sliši nenavadno, so med glavnimi zagovorniki te sheme nekatere naftne družbe, med katerimi je najbolj dosleden britanski naftni velikan BP, ki ima specifično naložbeno strategijo za pomembne investicije na tem področju. Vodik je seveda mogoče pridobivati ​​tudi iz neobnovljivih virov ogljikovodikov, vendar mora v tem primeru človeštvo iskati rešitev za problem shranjevanja pri tem pridobljenega ogljikovega dioksida. Neizpodbitno dejstvo je, da so tehnološki problemi proizvodnje, skladiščenja in transporta vodika rešljivi – ta plin se v praksi že proizvaja v velikih količinah in se uporablja kot surovina v kemični in petrokemični industriji. V teh primerih pa visoka cena vodika ni usodna, saj se »pretopi« v visoko ceno produktov, pri katerih sintezi sodeluje.

Vendar pa je vprašanje uporabe lahkega plina kot vira energije nekoliko bolj zapleteno. Znanstveniki si že dolgo premlevajo možgane in iščejo možno strateško alternativo kurilnemu olju, do zdaj pa so prišli do enotnega mnenja, da je vodik najbolj okolju prijazen in energijsko na voljo. Samo on izpolnjuje vse potrebne zahteve za nemoten prehod na spremembo trenutnega statusa quo. V ozadju vseh teh prednosti je preprosto, a zelo pomembno dejstvo – pridobivanje in uporaba vodika se vrtita okoli naravnega cikla mešanja vode in razgradnje ... Če človeštvo izboljša proizvodne metode z uporabo naravnih virov, kot so sončna energija, veter in voda, lahko vodik proizvede in uporabo v neomejenih količinah brez škodljivih emisij. Kot obnovljiv vir energije je vodik že dolgo rezultat pomembnih raziskav v različnih programih v Severni Ameriki, Evropi in na Japonskem. Slednji pa so del dela na širokem naboru skupnih projektov, namenjenih ustvarjanju celotne vodikove infrastrukture, vključno s proizvodnjo, skladiščenjem, transportom in distribucijo. Ta razvoj pogosto spremljajo znatne državne subvencije in temeljijo na mednarodnih sporazumih. Novembra 2003 je bil na primer podpisan mednarodni partnerski sporazum o vodikovem gospodarstvu, ki vključuje največje industrijsko razvite države sveta, kot so Avstralija, Brazilija, Kanada, Kitajska, Francija, Nemčija, Islandija, Indija, Italija in Japonska. , Norveška, Koreja, Rusija, Združeno kraljestvo, ZDA in Evropska komisija. Namen tega mednarodnega sodelovanja je "organizirati, spodbujati in združevati prizadevanja različnih organizacij na poti v vodikovo dobo ter podpirati ustvarjanje tehnologij za proizvodnjo, shranjevanje in distribucijo vodika."

Možna pot do uporabe tega okolju prijaznega goriva v avtomobilskem sektorju je lahko dvojna. Eden od njih so naprave, znane kot "gorivne celice", v katerih kemična kombinacija vodika s kisikom iz zraka sprošča elektriko, drugi pa je razvoj tehnologij za uporabo tekočega vodika kot goriva v valjih klasičnega motorja z notranjim zgorevanjem. . Druga smer je psihološko bližja tako potrošnikom kot avtomobilskim podjetjem, BMW pa je njen najsvetlejši zagovornik.

Proizvodnja

Trenutno se po vsem svetu proizvede več kot 600 milijard kubičnih metrov čistega vodika. Glavna surovina za njegovo proizvodnjo je zemeljski plin, ki se predeluje v procesu, imenovanem "reforming". Manjše količine vodika se pridobijo z drugimi postopki, kot je elektroliza klorovih spojin, delna oksidacija težkega olja, uplinjanje premoga, piroliza premoga za proizvodnjo koksa in reformiranje bencina. Približno polovica svetovne proizvodnje vodika se porabi za sintezo amoniaka (ki se uporablja kot surovina pri proizvodnji gnojil), pri rafiniranju nafte in pri sintezi metanola. Te proizvodne sheme v različni meri obremenjujejo okolje in na žalost nobena od njih ne ponuja smiselne alternative trenutnemu energetskemu statusu quo – prvič, ker uporabljajo neobnovljive vire, in drugič, ker ta proizvodnja sprošča neželene snovi, kot je ogljik dioksid, ki je glavni krivec. Učinek tople grede. Zanimiv predlog za rešitev tega problema so pred kratkim podali raziskovalci, ki sta jih financirali Evropska unija in nemška vlada, ki so ustvarili tako imenovano tehnologijo »sekvestracije«, pri kateri se ogljikov dioksid, ki nastane med proizvodnjo vodika iz zemeljskega plina, črpa v stara izčrpana polja. nafta, zemeljski plin ali premog. Vendar tega procesa ni lahko izvesti, saj niti naftna niti plinska polja niso prave votline v zemeljski skorji, ampak so največkrat porozne peščene strukture.

Najbolj obetavna prihodnja metoda pridobivanja vodika ostaja razgradnja vode z elektriko, poznana že iz osnovne šole. Načelo je zelo preprosto - na dve elektrodi, potopljeni v vodno kopel, deluje električna napetost, pozitivno nabiti vodikovi ioni gredo na negativno elektrodo, negativno nabiti kisikovi ioni pa na pozitivno. V praksi se za to elektrokemijsko razgradnjo vode uporablja več glavnih metod – »alkalna elektroliza«, »membranska elektroliza«, »visokotlačna elektroliza« in »visokotemperaturna elektroliza«.

Vse bi bilo popolno, če preprosta aritmetika deljenja ne bi posegla v izjemno pomemben problem izvora električne energije, potrebne za ta namen. Dejstvo je, da trenutno njena proizvodnja neizogibno oddaja škodljive stranske produkte, katerih količina in vrsta se razlikujeta glede na način izvajanja, predvsem pa je proizvodnja električne energije neučinkovit in zelo drag proces.

Prekinitev hudobnega in zapiranje kroga čiste energije je trenutno mogoče le pri uporabi naravne in zlasti sončne energije za proizvodnjo električne energije, ki je potrebna za razgradnjo vode. Reševanje tega problema bo nedvomno zahtevalo veliko časa, denarja in truda, toda v mnogih delih sveta je pridobivanje električne energije na ta način že postalo dejstvo.

BMW, na primer, igra aktivno vlogo pri ustvarjanju in razvoju sončnih elektrarn. Elektrarna, zgrajena v majhnem bavarskem mestu Neuburg, uporablja fotovoltaične celice za proizvodnjo energije, ki proizvaja vodik. Posebej zanimivi so sistemi, ki za ogrevanje vode uporabljajo sončno energijo, pravijo inženirji podjetja, nastala para pa poganja generatorje električne energije – takšne solarne elektrarne že delujejo v puščavi Mojave v Kaliforniji, ki proizvedejo 354 MW električne energije. Vse pomembnejša postaja tudi vetrna energija, pri čemer imajo vetrne elektrarne na obalah držav, kot so ZDA, Nemčija, Nizozemska, Belgija in Irska, vse pomembnejšo gospodarsko vlogo. Na različnih koncih sveta obstajajo tudi podjetja, ki pridobivajo vodik iz biomase.

Mesto shranjevanja

Vodik lahko shranjujemo v velikih količinah tako v plinski kot tekoči fazi. Največji izmed teh rezervoarjev, v katerih je vodik pod sorazmerno nizkim tlakom, se imenujejo "plinomeri". Srednji in manjši rezervoarji so primerni za shranjevanje vodika pri tlaku 30 barov, medtem ko najmanjši posebni rezervoarji (drage naprave iz posebnega jekla ali kompozitnih materialov, ojačanih z ogljikovimi vlakni) vzdržujejo konstanten tlak 400 barov.

Vodik je mogoče shraniti tudi v tekoči fazi pri -253 °C na enoto prostornine, ki vsebuje 0-krat več energije kot pri shranjevanju pri 1,78 bara – da bi dosegli enako količino energije v utekočinjenem vodiku na enoto prostornine, je treba plin stisniti do 700 barov. Prav zaradi večje energetske učinkovitosti ohlajenega vodika BMW sodeluje z nemškim hladilniškim koncernom Linde, ki je razvil sodobne kriogene naprave za utekočinjenje in shranjevanje vodika. Znanstveniki ponujajo tudi druge, a manj uporabne alternative shranjevanju vodika, na primer shranjevanje pod pritiskom v posebni kovinski moki v obliki kovinskih hidridov itd.

Prevoz

Na območjih z visoko koncentracijo kemičnih rastlin in rafinerij nafte je že vzpostavljeno omrežje za prenos vodika. Na splošno je tehnologija podobna prevozu zemeljskega plina, vendar uporaba slednjega za potrebe vodika ni vedno mogoča. Vendar je bilo celo v prejšnjem stoletju veliko hiš v evropskih mestih osvetljeno z lahkim plinovodom, ki je vseboval do 50% vodika in je bil uporabljen kot gorivo za prve stacionarne motorje z notranjim zgorevanjem. Današnja raven tehnologije omogoča tudi transkontinentalni transport utekočinjenega vodika prek obstoječih kriogenih tankerjev, podobnih tistim, ki se uporabljajo za zemeljski plin. Trenutno znanstveniki in inženirji največ upajo in si prizadevajo na področju ustvarjanja ustreznih tehnologij za utekočinjanje in prevoz tekočega vodika. V tem smislu lahko te ladje, kriogeni železniški cisterne in tovornjaki postanejo osnova za prihodnji prevoz vodika. Aprila 2004 so v neposredni bližini letališča v Münchnu odprli prvo tovrstno bencinsko črpalko za utekočinjeni vodik, ki sta jo skupaj razvila BMW in Steyr. Z njegovo pomočjo se polnjenje rezervoarjev z utekočinjenim vodikom izvede popolnoma samodejno, brez sodelovanja in brez tveganja za voznika avtomobila.