Probefahrt BMW und Wasserstoff: Teil eins

Das Dröhnen des bevorstehenden Sturms hallte immer noch am Himmel wider, als sich das riesige Flugzeug dem Landeplatz in der Nähe von New Jersey näherte. Am 6. Mai 1937 machte das Luftschiff Hindenburg seinen ersten Flug der Saison und nahm 97 Passagiere an Bord.

In wenigen Tagen soll ein riesiger mit Wasserstoff gefüllter Ballon nach Frankfurt am Main zurückfliegen. Alle Plätze auf dem Flug wurden lange Zeit von amerikanischen Bürgern reserviert, die die Krönung des britischen Königs George VI miterleben wollten, aber das Schicksal verfügte, dass diese Passagiere niemals an Bord des Flugzeugriesen gehen würden.

Kurz nach Abschluss der Vorbereitungen für die Landung des Luftschiffs bemerkte sein Kommandant Rosendahl die Flammen an seiner Hülle, und nach wenigen Sekunden verwandelte sich die riesige Kugel in einen unheilvollen fliegenden Baumstamm, der nach einer weiteren halben Stunde nur noch erbärmliche Metallsplitter am Boden zurückließ Minute. Eines der überraschendsten Dinge an dieser Geschichte ist die herzerwärmende Tatsache, dass viele der Passagiere an Bord des brennenden Luftschiffs schließlich überleben konnten.

Graf Ferdinand von Zeppelin träumte davon, Ende des 1917. Jahrhunderts in einem Fahrzeug zu fliegen, das leichter als Luft war, ein grobes Diagramm eines mit leichtem Gas gefüllten Flugzeugs zu skizzieren und Projekte für dessen praktische Umsetzung zu starten. Zeppelin lebte lange genug, um zu sehen, wie seine Schöpfung allmählich in das Leben der Menschen eintrat, und starb 1923, kurz bevor sein Land den Ersten Weltkrieg verlor, und der Einsatz seiner Schiffe wurde durch den Vertrag von Versailles verboten. Die Zeppeline waren viele Jahre lang vergessen, aber mit dem Aufstieg Hitlers zur Macht ändert sich alles wieder in schwindelerregender Geschwindigkeit. Der neue Zeppelin-Chef, Dr. Hugo Eckner, ist fest davon überzeugt, dass bei der Konstruktion von Luftschiffen eine Reihe bedeutender technologischer Änderungen erforderlich sind, von denen der wichtigste der Ersatz von brennbarem und gefährlichem Wasserstoff durch Helium ist. Leider konnten die Vereinigten Staaten, die zu dieser Zeit der einzige Produzent dieses strategischen Rohstoffs waren, nach einem 129 vom Kongress verabschiedeten Sondergesetz kein Helium an Deutschland verkaufen. Aus diesem Grund wird das neue Schiff mit der Bezeichnung LZ XNUMX schließlich mit Wasserstoff betrieben.

Der Bau eines riesigen neuen Ballons aus leichten Aluminiumlegierungen erreicht eine Länge von fast 300 Metern und einen Durchmesser von etwa 45 Metern. Das der Titanic gleichwertige Riesenflugzeug wird von vier 16-Zylinder-Dieselmotoren mit jeweils 1300 PS angetrieben. Natürlich verpasste Hitler nicht die Gelegenheit, die "Hindenburg" zu einem lebendigen Propagandasymbol des nationalsozialistischen Deutschlands zu machen, und tat alles, um den Beginn ihrer Ausbeutung zu beschleunigen. Infolgedessen unternahm das "spektakuläre" Luftschiff bereits 1936 regelmäßige Transatlantikflüge.

Beim Erstflug im Jahr 1937 war der Landeplatz von New Jersey überfüllt mit aufgeregten Zuschauern, begeisterten Begegnungen, Verwandten und Journalisten, von denen viele stundenlang auf das Abflauen des Sturms warteten. Sogar das Radio berichtet über ein interessantes Ereignis. Irgendwann wird die gespannte Erwartung durch das Schweigen des Sprechers unterbrochen, der nach einem Moment hysterisch schreit: „Ein riesiger Feuerball fällt vom Himmel! Es ist niemand am Leben ... Das Schiff leuchtet plötzlich auf und sieht sofort aus wie eine riesige brennende Fackel. Einige Passagiere begannen in Panik aus der Gondel zu springen, um dem schrecklichen Feuer zu entkommen, aber es stellte sich wegen der Höhe von hundert Metern als tödlich für sie heraus. Am Ende überleben nur wenige der Passagiere, die darauf warten, dass sich das Luftschiff dem Land nähert, aber viele von ihnen sind schwer verbrannt. Irgendwann hielt das Schiff den Schäden des tobenden Feuers nicht mehr stand, und Tausende Liter Ballastwasser begannen im Bug in den Boden zu fließen. Die Hindenburg kracht rasant, das brennende Heck kracht in den Boden und endet in 34 Sekunden in völliger Zerstörung. Der Schock des Spektakels erschüttert die am Boden versammelte Menge. Damals wurde als offizielle Ursache des Absturzes Donner angenommen, der die Zündung von Wasserstoff verursachte, aber in den letzten Jahren argumentierten ein deutscher und amerikanischer Experte kategorisch, dass die Tragödie mit dem Hindenburg-Schiff, das viele Stürme ohne Probleme überstand , war die Ursache der Katastrophe. Nach zahlreichen Beobachtungen von Archivmaterial kamen sie zu dem Schluss, dass das Feuer durch brennbare Farbe ausgelöst wurde, die die Haut des Luftschiffs bedeckte. Der Brand eines deutschen Luftschiffs ist eine der unheimlichsten Katastrophen in der Geschichte der Menschheit, und die Erinnerung an dieses schreckliche Ereignis ist für viele noch immer sehr schmerzhaft. Noch heute erinnert die Erwähnung der Wörter "Luftschiff" und "Wasserstoff" an die feurige Hölle von New Jersey, obwohl das leichteste und am häufigsten vorkommende Gas in der Natur trotz seiner gefährlichen Eigenschaften, wenn es angemessen "domestiziert" wird, äußerst nützlich sein könnte. Nach Ansicht einer großen Anzahl moderner Wissenschaftler dauert die eigentliche Ära des Wasserstoffs noch an, obwohl gleichzeitig der andere große Teil der wissenschaftlichen Gemeinschaft solchen extremen Manifestationen des Optimismus skeptisch gegenübersteht. Zu den Optimisten der ersten Hypothese und zu den entschiedensten Anhängern der Wasserstoff-Idee gehören natürlich die Bayern von BMW. Der deutsche Automobilkonzern ist sich der unvermeidlichen Herausforderungen auf dem Weg zu einer Wasserstoffwirtschaft wohl am besten bewusst und überwindet vor allem die Schwierigkeiten beim Übergang von Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen zu Wasserstoff.

Ambitionen

Die bloße Idee, einen Kraftstoff zu verwenden, der so umweltfreundlich und unerschöpflich ist wie Kraftstoffreserven, klingt für eine Menschheit im Kampf um Energie wie Zauberei. Heute gibt es mehr als ein oder zwei „Wasserstoffgesellschaften“, deren Mission es ist, eine positive Einstellung zu Leichtgas zu fördern und ständig Treffen, Symposien und Ausstellungen zu organisieren. Der Reifenhersteller Michelin investiert beispielsweise stark in die Organisation der immer beliebter werdenden Michelin Challenge Bibendum, eines globalen Forums, das sich auf Wasserstoff für nachhaltige Kraftstoffe und Autos konzentriert.

Der Optimismus, der von Reden auf solchen Foren ausgeht, reicht jedoch noch nicht für die praktische Umsetzung eines wunderbaren Wasserstoffidylls, und der Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft ist ein unendlich komplexes und nicht durchführbares Ereignis in diesem technologischen Stadium der Zivilisationsentwicklung.

In den letzten Jahren hat sich die Menschheit jedoch bemüht, immer mehr alternative Energiequellen zu nutzen, nämlich Wasserstoff kann eine wichtige Brücke für die Speicherung von Sonnen-, Wind-, Wasser- und Biomasseenergie werden und diese in chemische Energie umwandeln. ... In einfachen Worten bedeutet dies, dass der von diesen natürlichen Quellen erzeugte Strom nicht in großen Mengen gespeichert werden kann, sondern zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden kann, indem Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird.

So seltsam es klingt, einige Ölgesellschaften gehören zu den Hauptbefürwortern dieses Systems, unter denen der britische Ölgigant BP am konsequentesten ist, der eine spezifische Investitionsstrategie für bedeutende Investitionen in diesem Bereich hat. Natürlich kann Wasserstoff auch aus nicht erneuerbaren Kohlenwasserstoffquellen gewonnen werden, aber in diesem Fall muss die Menschheit nach einer Lösung für das Problem der Speicherung des dabei gewonnenen Kohlendioxids suchen. Unbestritten ist, dass die technologischen Probleme der Wasserstofferzeugung, -speicherung und -transport lösbar sind – in der Praxis wird dieses Gas bereits in großen Mengen produziert und als Rohstoff in der chemischen und petrochemischen Industrie verwendet. In diesen Fällen sind die hohen Kosten für Wasserstoff jedoch nicht fatal, da er mit den hohen Kosten der Produkte, an deren Synthese er beteiligt ist, "aufschmilzt".

Etwas komplizierter ist allerdings die Frage der Nutzung von Leichtgas als Energiequelle. Wissenschaftler zerbrechen sich seit langem den Kopf nach einer möglichen strategischen Alternative zum Heizöl und sind sich bislang einig, dass Wasserstoff am umweltfreundlichsten und in ausreichender Menge verfügbar ist. Nur er erfüllt alle notwendigen Voraussetzungen für einen reibungslosen Übergang zu einer Veränderung des aktuellen Status quo. All diesen Vorteilen liegt eine einfache, aber sehr wichtige Tatsache zugrunde – die Gewinnung und Verwendung von Wasserstoff dreht sich um den natürlichen Kreislauf der Wasserzusammensetzung und -zersetzung … Wenn die Menschheit die Produktionsmethoden unter Verwendung natürlicher Quellen wie Sonnenenergie, Wind und Wasser verbessert, kann Wasserstoff produziert werden und in unbegrenzter Menge zu verwenden, ohne schädliche Emissionen zu emittieren. Als erneuerbare Energiequelle ist Wasserstoff seit langem das Ergebnis bedeutender Forschung in verschiedenen Programmen in Nordamerika, Europa und Japan. Letztere wiederum sind Teil der Arbeit an einer Vielzahl von Verbundprojekten, die darauf abzielen, eine komplette Wasserstoffinfrastruktur zu schaffen, einschließlich Produktion, Speicherung, Transport und Verteilung. Oft werden diese Entwicklungen von erheblichen staatlichen Subventionen begleitet und basieren auf internationalen Vereinbarungen. So wurde im November 2003 das International Hydrogen Economy Partnership Agreement unterzeichnet, dem die weltweit größten Industrieländer wie Australien, Brasilien, Kanada, China, Frankreich, Deutschland, Island, Indien, Italien und Japan angehören. , Norwegen, Korea, Russland, Großbritannien, USA und Europäische Kommission. Der Zweck dieser internationalen Zusammenarbeit besteht darin, "die Bemühungen verschiedener Organisationen auf dem Weg in das Wasserstoffzeitalter zu organisieren, anzuregen und zu vereinen sowie die Schaffung von Technologien für die Produktion, Speicherung und Verteilung von Wasserstoff zu unterstützen".

Der mögliche Weg zum Einsatz dieses umweltfreundlichen Kraftstoffs im Automobilbereich kann zweigleisig sein. Dazu gehören zum einen sogenannte Brennstoffzellen, bei denen die chemische Verbindung von Wasserstoff mit Luftsauerstoff Strom freisetzt, zum anderen die Entwicklung von Technologien zur Nutzung von flüssigem Wasserstoff als Kraftstoff in den Zylindern eines klassischen Verbrennungsmotors . Die zweite Richtung ist sowohl den Verbrauchern als auch den Autoherstellern psychologisch näher, und BMW ist ihr klügster Unterstützer.

Herstellung

Derzeit werden weltweit mehr als 600 Milliarden Kubikmeter reiner Wasserstoff produziert. Hauptrohstoff für seine Produktion ist Erdgas, das in einem als „Reforming“ bezeichneten Prozess aufbereitet wird. Kleinere Mengen an Wasserstoff werden durch andere Prozesse wie Elektrolyse von Chlorverbindungen, partielle Oxidation von Schweröl, Kohlevergasung, Kohlepyrolyse zur Herstellung von Koks und Benzinreformierung zurückgewonnen. Etwa die Hälfte der weltweiten Wasserstoffproduktion wird für die Synthese von Ammoniak (das als Ausgangsstoff für die Herstellung von Düngemitteln verwendet wird), für die Ölraffination und für die Synthese von Methanol verwendet. Diese Produktionssysteme belasten die Umwelt in unterschiedlichem Maße und bieten leider keine sinnvolle Alternative zum aktuellen Energiestatus quo - erstens, weil sie nicht erneuerbare Quellen verwenden, und zweitens, weil bei der Produktion unerwünschte Stoffe wie Kohlenstoff freigesetzt werden Kohlendioxid, das der Hauptschuldige ist. Treibhauseffekt. Ein interessanter Vorschlag zur Lösung dieses Problems wurde kürzlich von von der Europäischen Union und der Bundesregierung geförderten Forschern gemacht, die eine sogenannte „Sequestration“-Technologie entwickelt haben, bei der Kohlendioxid, das bei der Herstellung von Wasserstoff aus Erdgas entsteht, hineingepumpt wird alte erschöpfte Felder. Öl, Erdgas oder Kohle. Dieses Verfahren ist jedoch nicht einfach umzusetzen, da weder Öl- noch Gasfelder echte Hohlräume in der Erdkruste sind, sondern meist poröse Sandstrukturen.

Die zukunftsträchtigste Methode zur Herstellung von Wasserstoff bleibt die seit der Grundschule bekannte Zersetzung von Wasser durch Strom. Das Prinzip ist sehr einfach: An zwei in ein Wasserbad getauchte Elektroden wird eine elektrische Spannung angelegt, während positiv geladene Wasserstoffionen zur negativen Elektrode und negativ geladene Sauerstoffionen zur positiven Elektrode gelangen. In der Praxis werden für diese elektrochemische Zersetzung von Wasser mehrere Hauptverfahren verwendet - "alkalische Elektrolyse", "Membranelektrolyse", "Hochdruckelektrolyse" und "Hochtemperaturelektrolyse".

Alles wäre perfekt, wenn nicht die einfache Arithmetik der Teilung in das äußerst wichtige Problem der Herkunft der dazu benötigten Elektrizität eingreifen würde. Tatsache ist, dass bei seiner Produktion derzeit zwangsläufig schädliche Nebenprodukte emittiert werden, deren Menge und Art je nach Verfahren variieren, und vor allem die Stromerzeugung ein ineffizienter und sehr teurer Prozess ist.

Das Brechen des Teufels und das Schließen des Kreislaufs sauberer Energie ist derzeit nur möglich, wenn natürliche und insbesondere solare Energie zur Erzeugung von Strom verwendet wird, der zur Zersetzung von Wasser benötigt wird. Die Lösung dieser Aufgabe wird zweifellos viel Zeit, Geld und Mühe erfordern, aber in vielen Teilen der Welt ist die Stromerzeugung auf diese Weise bereits eine Tatsache geworden.

BMW beispielsweise spielt eine aktive Rolle bei der Schaffung und Entwicklung von Solarkraftwerken. Das Kraftwerk, das in der bayerischen Kleinstadt Neuburg errichtet wurde, verwendet Photovoltaikzellen, um Energie zu erzeugen, die Wasserstoff produziert. Besonders interessant seien Anlagen, die mit Sonnenenergie Wasser erhitzen und mit dem entstehenden Dampf Stromgeneratoren antreiben - solche Solaranlagen laufen bereits in der kalifornischen Mojave-Wüste, die 354 MW Strom erzeugt. Auch die Windkraft gewinnt immer mehr an Bedeutung, wobei Windparks an den Küsten von Ländern wie den USA, Deutschland, den Niederlanden, Belgien und Irland eine immer wichtigere wirtschaftliche Rolle spielen. Es gibt auch Unternehmen, die in verschiedenen Teilen der Welt Wasserstoff aus Biomasse gewinnen.

Ort der Lagerung

Wasserstoff kann sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Phase in großen Mengen gespeichert werden. Die größten dieser Reservoire, in denen der Wasserstoff einen relativ niedrigen Druck aufweist, werden als "Gaszähler" bezeichnet. Mittlere und kleinere Tanks eignen sich zur Speicherung von Wasserstoff bei einem Druck von 30 bar, während die kleinsten Spezialtanks (teure Geräte aus Spezialstahl oder mit Kohlefaser verstärkten Verbundwerkstoffen) einen konstanten Druck von 400 bar aufrechterhalten.

Wasserstoff kann auch in flüssiger Phase bei -253 °C pro Volumeneinheit gespeichert werden und enthält 0-mal mehr Energie als bei einer Speicherung bei 1,78 bar – um die äquivalente Energiemenge in flüssigem Wasserstoff pro Volumeneinheit zu erreichen, muss das Gas komprimiert werden bis 700bar. Gerade wegen der höheren Energieeffizienz von gekühltem Wasserstoff kooperiert BMW mit dem deutschen Kältekonzern Linde, der moderne kryogene Geräte zur Verflüssigung und Speicherung von Wasserstoff entwickelt hat. Wissenschaftler bieten auch andere, aber weniger anwendbare Alternativen zur Wasserstoffspeicherung an, zum Beispiel die Speicherung unter Druck in speziellem Metallmehl in Form von Metallhydriden usw.

Transport

In Gebieten mit einer hohen Konzentration an Chemiefabriken und Ölraffinerien wurde bereits ein Wasserstoffübertragungsnetz eingerichtet. Im Allgemeinen ähnelt die Technologie dem Transport von Erdgas, dessen Verwendung für den Wasserstoffbedarf jedoch nicht immer möglich ist. Doch schon im letzten Jahrhundert wurden viele Häuser in europäischen Städten von einer Leichtgasleitung beleuchtet, die bis zu 50% Wasserstoff enthielt und als Brennstoff für die ersten stationären Verbrennungsmotoren verwendet wurde. Der heutige Stand der Technik ermöglicht auch den transkontinentalen Transport von verflüssigtem Wasserstoff über vorhandene kryogene Tankschiffe, ähnlich denen für Erdgas. Gegenwärtig machen Wissenschaftler und Ingenieure die größten Hoffnungen und Anstrengungen auf dem Gebiet der Schaffung geeigneter Technologien zur Verflüssigung und zum Transport von flüssigem Wasserstoff. In diesem Sinne können diese Schiffe, kryogenen Eisenbahntanks und Lastwagen die Grundlage für den künftigen Transport von Wasserstoff bilden. Im April 2004 wurde in unmittelbarer Nähe des Münchner Flughafens die erste von BMW und Steyr gemeinsam entwickelte Flüssigwasserstofftankstelle ihrer Art eröffnet. Mit seiner Hilfe erfolgt das Befüllen der Tanks mit verflüssigtem Wasserstoff vollautomatisch, ohne Teilnahme und ohne Risiko für den Autofahrer.