Test vožnja BMW i vodonik: prvi dio

Huk nadolazeće oluje i dalje je odjekivao na nebu dok se ogromni avion približavao mjestu slijetanja u blizini New Jerseyja. 6. maja 1937. godine, zračni brod Hindenburg izvršio je prvi let u sezoni, uzevši na put 97 putnika.

Za nekoliko dana ogroman balon napunjen vodikom trebao bi letjeti natrag za Frankfurt na Majni. Sva mjesta na letu američki građani željni svjedočenja krunisanju britanskog kralja Georgea VI već su dugo rezervirali, ali sudbina je odredila da se ti putnici nikada neće ukrcati u avionskog giganta.

Ubrzo nakon završetka priprema za sletanje zračnog broda, njegov zapovjednik Rosendahl primijetio je plamen na njegovom trupu, a nakon nekoliko sekundi ogromna lopta se pretvorila u zloslutni leteći balvan, ostavljajući samo jadne metalne krhotine na tlu nakon još pola minuta. Jedna od najiznenađujućih stvari u ovoj priči je dirljiva činjenica da su mnogi putnici na zapaljenom zračnom brodu na kraju uspjeli preživjeti.

Grof Ferdinand von Zeppelin sanjao je da krajem 1917. vijeka leti u vozilu lakšem od zraka, skicirajući okvirni dijagram lakog aviona punjenog plinom i pokrećući projekte za njegovu praktičnu provedbu. Zeppelin je poživio dovoljno dugo da vidi kako njegova kreacija postepeno ulazi u život ljudi, i umro je 1923., malo prije nego što je njegova zemlja izgubila Prvi svjetski rat, a korištenje njegovih brodova zabranjeno je Versajskim sporazumom. Cepelini su bili zaboravljeni dugi niz godina, ali sve se opet mijenja vrtoglavom brzinom dolaskom Hitlera na vlast. Novi šef Zeppelina, dr. Hugo Eckner, čvrsto je uvjeren da su potrebne brojne značajne tehnološke promjene u dizajnu zračnih brodova, od kojih je glavna zamjena zapaljivog i opasnog vodika helijem. Na žalost, Sjedinjene Države, koje su u to vrijeme bile jedini proizvođač ove strateške sirovine, nisu mogle prodati helij Njemačkoj prema posebnom zakonu koji je Kongres usvojio 129. godine. Zbog toga se novi brod, nazvan LZ XNUMX, na kraju napaja vodonikom.

Konstrukcija ogromnog novog balona od laganih aluminijskih legura dostiže dužinu od gotovo 300 metara i promjer oko 45 metara. Divovsku letjelicu, ekvivalentnu Titanicu, pokreću četiri 16-cilindrična dizelska motora, svaki sa po 1300 KS. Hitler, naravno, nije propustio priliku da pretvori "Hindenburg" u živopisni propagandni simbol nacističke Njemačke i učinio je sve da ubrza početak njegovog eksploatacije. Kao rezultat toga, već 1936. godine "spektakularni" zračni brod obavljao je redovne prekookeanske letove.

Prilikom prvog leta 1937. godine, sletište u New Jerseyju bilo je prepuno uzbuđenih gledalaca, oduševljenih susreta, rođaka i novinara, od kojih su mnogi satima čekali da se oluja smiri. Čak i radio prenosi zanimljiv događaj. U jednom trenutku uznemireno očekivanje prekida tišina govornika, koji nakon trenutka histerično viče: „Ogromna vatrena lopta pada s neba! Nema nikog živog... Brod odjednom zasvijetli i istog trena izgleda kao ogromna zapaljena baklja. Neki putnici su u panici počeli skakati iz gondole kako bi izbjegli zastrašujuću vatru, ali se ispostavilo da je to bilo kobno po njih zbog visine od sto metara. Na kraju preživi samo nekoliko putnika koji čekaju da se zračni brod približi kopnu, ali mnogi od njih su teško izgorjeli. U jednom trenutku, brod nije mogao izdržati štetu od pobješnjele vatre, a hiljade litara balastne vode u pramcu počele su da se izlijevaju u zemlju. Hindenburg se brzo lista, zapaljeni zadnji kraj se sudara sa zemljom i završava potpunim uništenjem za 34 sekunde. Šok od spektakla potresa gomilu okupljenu na tlu. Tada se službenim uzrokom nesreće smatrala grmljavina koja je izazvala paljenje vodika, ali posljednjih godina njemački i američki stručnjak kategorički tvrde da je tragedija s brodom Hindenburg, koji je bez problema prošao kroz mnoge oluje , bio je uzrok katastrofe. Nakon brojnih posmatranja arhivskih snimaka, došli su do zaključka da je požar izbio zbog zapaljive boje koja je prekrivala kožu zračnog broda. Požar njemačkog zračnog broda jedna je od najzlokobnijih katastrofa u istoriji čovječanstva, a sjećanje na ovaj strašni događaj za mnoge je još uvijek vrlo bolno. Čak i danas pominjanje riječi "zračni brod" i "vodonik" evocira vatreni pakao New Jerseya, iako bi, ako bi se na odgovarajući način "pripitomio", najlakši i najzastupljeniji plin u prirodi mogao biti izuzetno koristan, uprkos svojim opasnim svojstvima. Prema velikom broju savremenih naučnika, prava era vodonika još uvek traje, iako je u isto vreme drugi veliki deo naučne zajednice skeptičan prema takvim ekstremnim manifestacijama optimizma. Među optimistima koji podržavaju prvu hipotezu i najtvrdokornijim pristalicama ideje o vodiku, naravno, moraju biti i Bavarci iz BMW-a. Njemačka automobilska kompanija vjerovatno je najbolje svjesna neizbježnih izazova na putu ka ekonomiji vodonika i, prije svega, prevazilazi poteškoće u prelasku sa ugljovodoničnih goriva na vodonik.

Ambicije

Sama ideja o korištenju goriva koje je ekološki prihvatljivo i neiscrpno koliko i rezerve goriva zvuči kao magija za čovječanstvo koje je u zagrljaju energetske borbe. Danas postoji više od jednog ili dva „vodonička društva“ čija je misija da promovišu pozitivan stav prema lakom gasu i da konstantno organizuju sastanke, simpozijume i izložbe. Kompanija za gume Michelin, na primjer, ulaže velika sredstva u organiziranje sve popularnijeg Michelin Challenge Bibendum, globalnog foruma fokusiranog na vodonik za održiva goriva i automobile.

Međutim, optimizam koji proizlazi iz govora na ovakvim forumima još uvijek nije dovoljan za praktičnu provedbu divne vodikove idile, a ulazak u ekonomiju vodika je beskrajno složen i neizvodljiv događaj u ovoj tehnološkoj fazi razvoja civilizacije.

Međutim, u posljednje vrijeme čovječanstvo nastoji koristiti sve više i više alternativnih izvora energije, naime vodonik može postati važan most za skladištenje energije sunca, vjetra, vode i biomase, pretvarajući je u hemijsku energiju. ... Jednostavno rečeno, to znači da se električna energija proizvedena ovim prirodnim izvorima ne može skladištiti u velikim količinama, već se može koristiti za proizvodnju vodika razgradnjom vode na kisik i vodonik.

Koliko god čudno zvučalo, neke su naftne kompanije među glavnim zagovornicima ove šeme, među kojima je najdosljedniji britanski naftni gigant BP, koji ima specifičnu strategiju ulaganja za značajna ulaganja u ovoj oblasti. Naravno, vodonik se može ekstrahirati i iz neobnovljivih izvora ugljovodonika, ali u ovom slučaju čovječanstvo mora tražiti rješenje za problem skladištenja ugljičnog dioksida dobivenog ovim procesom. Neosporna je činjenica da su tehnološki problemi proizvodnje, skladištenja i transporta vodonika rješivi – u praksi se ovaj plin već proizvodi u velikim količinama i koristi kao sirovina u hemijskoj i petrohemijskoj industriji. U tim slučajevima, međutim, visoka cijena vodika nije fatalna, jer se "pretapa" u skupu cijenu proizvoda u čijoj sintezi učestvuje.

Međutim, pitanje korištenja laganog plina kao izvora energije je nešto složenije. Naučnici već dugo muče glavu tražeći moguću stratešku alternativu lož-ulju, a do sada su došli do jednoglasnog mišljenja da je vodonik ekološki najprihvatljiviji i da ima dovoljno energije. Samo on ispunjava sve neophodne uslove za nesmetan prelazak na promenu trenutnog statusa quo. U osnovi svih ovih prednosti je jednostavna, ali vrlo važna činjenica – ekstrakcija i upotreba vodika se vrti oko prirodnog ciklusa spajanja i razlaganja vode… Ako čovječanstvo poboljša metode proizvodnje koristeći prirodne izvore kao što su sunčeva energija, vjetar i voda, može se proizvesti vodonik i koristiti u neograničenim količinama bez ikakvih štetnih emisija. Kao obnovljivi izvor energije, vodonik je dugo bio rezultat značajnih istraživanja u različitim programima u Sjevernoj Americi, Evropi i Japanu. Potonji su, zauzvrat, dio rada na širokom spektru zajedničkih projekata usmjerenih na stvaranje kompletne vodonične infrastrukture, uključujući proizvodnju, skladištenje, transport i distribuciju. Često su ovi razvoji praćeni značajnim državnim subvencijama i zasnovani su na međunarodnim sporazumima. U novembru 2003. godine, na primjer, potpisan je Međunarodni sporazum o partnerstvu u ekonomiji vodika, koji uključuje najveće svjetske industrijalizirane zemlje kao što su Australija, Brazil, Kanada, Kina, Francuska, Njemačka, Island, Indija, Italija i Japan. , Norveška, Koreja, Rusija, Velika Britanija, SAD i Evropska komisija. Svrha ove međunarodne saradnje je "organizovanje, stimulisanje i objedinjavanje napora različitih organizacija na putu u eru vodonika, kao i podrška stvaranju tehnologija za proizvodnju, skladištenje i distribuciju vodonika".

Mogući put do upotrebe ovog ekološki prihvatljivog goriva u automobilskom sektoru može biti dvostruk. Jedan od njih su uređaji poznati kao "gorivne ćelije", u kojima se kemijskom kombinacijom vodika i kisika iz zraka oslobađa električna energija, a drugi je razvoj tehnologija za korištenje tekućeg vodika kao goriva u cilindrima klasičnog motora s unutarnjim sagorijevanjem. . Drugi pravac je psihološki bliži i potrošačima i automobilskim kompanijama, a BMW je njegov najsjajniji pobornik.

Proizvodnja

Trenutno se širom svijeta proizvodi više od 600 milijardi kubnih metara čistog vodonika. Glavna sirovina za njegovu proizvodnju je prirodni gas, koji se prerađuje u procesu poznatom kao "reformisanje". Manje količine vodonika dobijaju se drugim procesima kao što su elektroliza spojeva hlora, parcijalna oksidacija teške nafte, gasifikacija uglja, piroliza uglja za proizvodnju koksa i reformisanje benzina. Otprilike polovina svjetske proizvodnje vodonika koristi se za sintezu amonijaka (koji se koristi kao sirovina u proizvodnji gnojiva), u preradi nafte i sintezi metanola. Ove proizvodne šeme opterećuju životnu sredinu u različitom stepenu, i, nažalost, nijedan od njih ne nudi smislenu alternativu trenutnom energetskom statusu quo – prvo, zato što koriste neobnovljive izvore, i drugo, zato što ta proizvodnja oslobađa neželjene supstance kao što je ugljik. dioksid, koji je glavni krivac. Efekat staklenika. Zanimljiv prijedlog za rješavanje ovog problema nedavno su iznijeli istraživači financirani od strane Europske unije i njemačke vlade, koji su kreirali takozvanu tehnologiju “sekvestracije” u kojoj se ugljični dioksid koji nastaje prilikom proizvodnje vodonika iz prirodnog plina upumpava u stara osiromašena polja. nafta, prirodni gas ili ugalj. Međutim, ovaj proces nije lako provesti, jer ni naftna ni plinska polja nisu prave šupljine u zemljinoj kori, već su najčešće porozne pješčane strukture.

Najperspektivniji budući način proizvodnje vodonika ostaje razlaganje vode električnom energijom, poznato još od osnovne škole. Princip je krajnje jednostavan - na dvije elektrode uronjene u vodeno kupatilo dovodi se električni napon, dok pozitivno nabijeni vodikovi ioni idu na negativnu elektrodu, a negativno nabijeni ioni kisika na pozitivnu. U praksi se za ovu elektrohemijsku razgradnju vode koristi nekoliko glavnih metoda - "alkalna elektroliza", "membranska elektroliza", "elektroliza visokog pritiska" i "elektroliza na visokim temperaturama".

Sve bi bilo savršeno da jednostavna aritmetika dijeljenja ne ometa izuzetno važan problem porijekla električne energije potrebne za ovu svrhu. Činjenica je da trenutno njegova proizvodnja neminovno emituje štetne nusproizvode, čija količina i vrsta varira u zavisnosti od načina na koji se radi, a pre svega je proizvodnja električne energije neefikasan i veoma skup proces.

Prekidanje začaranog kruga i zatvaranje ciklusa čiste energije trenutno je moguće samo kada se prirodna, a posebno sunčeva energija koristi za proizvodnju električne energije potrebne za razgradnju vode. Rješavanje ovog zadatka nesumnjivo će zahtijevati puno vremena, novca i truda, ali u mnogim dijelovima svijeta proizvodnja električne energije na ovaj način već je postala činjenica.

BMW, na primjer, igra aktivnu ulogu u stvaranju i razvoju solarnih elektrana. Elektrana, izgrađena u malom bavarskom gradu Neuburgu, koristi fotonaponske ćelije za proizvodnju energije koja proizvodi vodonik. Posebno su zanimljivi sistemi koji koriste solarnu energiju za zagrijavanje vode, kažu inženjeri kompanije, a nastala para pokreće generatore električne energije - takve solarne elektrane već rade u pustinji Mojave u Kaliforniji, koje proizvode 354 MW električne energije. Energija vjetra također postaje sve važnija, a vjetroelektrane na obalama zemalja kao što su SAD, Njemačka, Nizozemska, Belgija i Irska imaju sve važniju ekonomsku ulogu. Postoje i kompanije koje izvlače vodonik iz biomase u različitim dijelovima svijeta.

Lokacija skladišta

Vodik se može skladištiti u velikim količinama u gasnoj i tečnoj fazi. Najveći od ovih rezervoara, u kojima je vodonik pod relativno niskim pritiskom, nazivaju se "gasomjeri". Srednji i manji rezervoari pogodni su za skladištenje vodika pod pritiskom od 30 bara, dok najmanji specijalni rezervoari (skupi uređaji izrađeni od specijalnog čelika ili kompozitnih materijala ojačanih ugljeničnim vlaknima) održavaju konstantan pritisak od 400 bara.

Vodik se takođe može skladištiti u tečnoj fazi na -253°C po jedinici zapremine, koji sadrži 0 puta više energije nego kada je uskladišten na 1,78 bara – da bi se postigla ekvivalentna količina energije u tečnom vodoniku po jedinici zapremine, gas se mora komprimovati do 700 bara. Upravo zbog veće energetske efikasnosti hlađenog vodonika BMW sarađuje sa njemačkim koncern za hlađenje Linde, koji je razvio moderne kriogene uređaje za ukapljivanje i skladištenje vodonika. Naučnici nude i druge, ali manje primjenjive, alternative skladištenju vodika, na primjer skladištenje pod pritiskom u posebnom metalnom brašnu u obliku metalnih hidrida, itd.

Prijevoz

U područjima sa visokom koncentracijom hemijskih postrojenja i rafinerija nafte, mreža za prenos vodonika već je uspostavljena. Općenito, tehnologija je slična transportu prirodnog plina, ali upotreba potonjeg za potrebe vodika nije uvijek moguća. Međutim, čak su i u prošlom stoljeću mnoge kuće u europskim gradovima bile osvijetljene laganim plinovodom koji je sadržavao do 50% vodika i koristio se kao gorivo za prve stacionarne motore s unutrašnjim sagorijevanjem. Današnji nivo tehnologije takođe omogućava transkontinentalni transport tečnog vodonika preko postojećih kriogenih tankera sličnih onima koji se koriste za prirodni gas. Trenutno najveće nade i najveće napore ulažu naučnici i inženjeri u polju stvaranja adekvatnih tehnologija za ukapljivanje i transport tečnog vodonika. U tom smislu, ti brodovi, kriogeni željeznički rezervoari i kamioni mogu postati osnova za budući transport vodika. U aprilu 2004. godine otvorena je prva stanica za punjenje tečnog vodonika, koju su zajednički razvili BMW i Steyr, u neposrednoj blizini aerodroma u Minhenu. Uz njegovu pomoć punjenje rezervoara ukapljenim vodonikom vrši se potpuno automatski, bez učešća i bez rizika za vozača automobila.