Proovisõit BMW ja vesinik: esimene osa

Eelseisva tormi möirgamine kostis endiselt taevas, kui tohutu lennuk New Jersey lähedal maandumiskohale lähenes. 6. mail 1937 tegi Hindenburgi õhulaev selle hooaja esimese lennu, võttes pardale 97 reisijat.

Mõne päeva pärast peaks tohutu vesinikuga täidetud õhupall tagasi Frankfurdi äärde lendama. Ameerika kodanikud, kes soovivad näha Suurbritannia kuninga George VI kroonimist, on lennul kõik kohad juba ammu reserveerinud, kuid saatus otsustas, et need reisijad ei lähe kunagi lennukigiganti.

Vahetult pärast õhulaeva maandumise ettevalmistuste lõppu märkas selle komandör Rosendahl selle kerel leeke ja mõne sekundi pärast muutus hiiglaslik pall kurjakuulutavaks lendavaks palgiks, jättes maapinnale vaid haletsusväärsed metallikillud pärast veel poolteist sekundit. minut. Üks üllatavamaid asju selle loo juures on südantsoojendav tõsiasi, et paljudel põleva õhulaeva pardal olnud reisijatel õnnestus lõpuks ellu jääda.

Krahv Ferdinand von Zeppelin unistas 1917. sajandi lõpus õhust kergema sõidukiga lendamisest, visandades kerge gaasiga täidetud õhusõiduki ligikaudse skeemi ja käivitades selle praktilise rakendamise projektid. Zeppelin elas piisavalt kaua, et näha, kuidas tema looming järk-järgult inimeste ellu satub, ja suri 1923. aastal, vahetult enne seda, kui tema riik I maailmasõja kaotas, ja tema laevade kasutamine oli Versailles 'lepinguga keelatud. Zeppelinid unustati paljudeks aastateks, kuid Hitleri võimuletulekuga muutub kõik jälle peadpööritava kiirusega. Zeppelini uus juht dr Hugo Eckner usub kindlalt, et õhulaevade projekteerimisel on vaja mitmeid olulisi tehnoloogilisi muudatusi, millest peamine on tuleohtliku ja ohtliku vesiniku asendamine heeliumiga. Kahjuks ei saanud USA, kes oli tollal selle strateegilise tooraine ainus tootja, aga heeliumi Saksamaale müüa spetsiaalse seaduse alusel, mille Kongress võttis vastu 129. aastal. Sellepärast kütab uus laev, mille nimi on LZ XNUMX, lõpuks vesinikku.

Kergest alumiiniumisulamitest valmistatud tohutu uue õhupalli konstruktsiooni pikkus on ligi 300 meetrit ja läbimõõt on umbes 45 meetrit. Titanicuga samaväärset hiiglaslikku lennukit juhivad neli 16-silindrilist diiselmootorit, kummalgi 1300 hj. Loomulikult ei jätnud Hitler kasutamata võimalust muuta "Hindenburg" natsi-Saksamaa erksaks propagandasümboliks ja tegi kõik võimaliku selle ekspluateerimise alguse kiirendamiseks. Selle tulemusena tegi juba 1936. aastal "tähelepanuväärne" õhulaev regulaarseid Atlandi-üleseid lende.

Esimesel lennul 1937. aastal oli New Jersey maandumisplats tulvil elevil pealtvaatajaid, entusiastlikke kohtumisi, sugulasi ja ajakirjanikke, kellest paljud ootasid tunde tormi vaibumist. Isegi raadio kajastab huvitavat sündmust. Mingil hetkel katkestab äreva ootuse kõneleja vaikus, kes hetke pärast hüsteeriliselt hüüab: “Taevast langeb tohutu tulekera! Elus pole kedagi ... Laev süttib ootamatult ja näeb hetkega välja nagu hiiglaslik põlev tõrvik. Mõned paanikas reisijad hakkasid hirmuäratava tulekahju eest põgenemiseks gondlist hüppama, kuid see sai neile saatuslikuks sajameetrise kõrguse tõttu. Lõpuks jäävad ellu vaid vähesed reisijatest, kes õhulaeva maale lähenemist ootavad, kuid paljud neist saavad rängalt põlema. Mingil hetkel ei pidanud laev möllava tulekahju kahjudele vastu ja vööris asus tuhandeid liitreid ballastvett maasse valguma. Hindenburg loksub kiiresti, põlev tagaosa põrkab vastu maad ja lõppeb täieliku hävinguga 34 sekundiga. Vaatemängu šokk raputab maapinnale kogunenud rahvahulka. Tollal peeti õnnetuse ametlikuks põhjuseks äikest, mis põhjustas vesiniku süttimise, kuid viimastel aastatel väidavad Saksa ja Ameerika ekspert kategooriliselt, et tragöödia Hindenburgi laevaga, mis läbis palju torme probleemideta. , oli katastroofi põhjus. Pärast arvukaid arhiivikaadrite vaatlusi jõudsid nad järeldusele, et tulekahju sai alguse õhulaeva nahka katnud põlevast värvist. Saksa õhulaeva tulekahju on inimkonna ajaloos üks kurjakuulutavamaid katastroofe ja mälestus sellest kohutavast sündmusest on paljudele siiani väga valus. Isegi tänapäeval kutsub sõnade "õhulaev" ja "vesinik" mainimine esile New Jersey tulise põrgu, kuigi sobiva "kodustamise" korral võib looduses leiduv kergeim ja rikkalik gaas oma ohtlikest omadustest hoolimata olla äärmiselt kasulik. Paljude kaasaegsete teadlaste hinnangul on tõeline vesiniku ajastu alles pooleli, kuigi samal ajal on teine ​​suur osa teadlaskonnast selliste äärmuslike optimismiilmingute suhtes skeptiline. Esimest hüpoteesi toetavate optimistide ja vesinikuidee kõige kindlamate pooldajate hulgas peavad loomulikult olema BMW-st pärit baierlased. Saksa autofirma on ilmselt kõige paremini kursis vältimatute väljakutsetega teel vesinikumajanduse poole ja ennekõike saab üle raskustest süsivesinikkütustelt vesinikule üleminekul.

Ambitsioon

Juba idee kasutada kütust, mis on sama keskkonnasõbralik ja ammendamatu kui kütusevarud, kõlab energiavõitluses olevale inimkonnale kui võluväel. Tänapäeval on rohkem kui üks-kaks "vesinikuseltsi", kelle missiooniks on propageerida positiivset suhtumist kergesse gaasi ning korraldada pidevalt koosolekuid, sümpoosione ja näitusi. Näiteks rehvifirma Michelin investeerib suuri investeeringuid järjest populaarsemaks muutuva Michelin Challenge Bibendumi korraldamisse, mis on ülemaailmne foorum, mis keskendub säästvate kütuste ja autode vesinikule.

Siiski ei piisa sellistel foorumitel peetud sõnavõttudest õhkuvast optimismist ikka veel imelise vesinikidülli praktiliseks elluviimiseks ning vesinikumajandusse astumine on tsivilisatsiooni arengu praeguses tehnoloogilises etapis lõpmata keeruline ja teostamatu sündmus.

Viimasel ajal on inimkond püüdnud kasutada üha uusi alternatiivseid energiaallikaid, nimelt võib vesinik saada oluliseks sillaks päikese-, tuule-, vee- ja biomassienergia salvestamisel, muutes selle keemiliseks energiaks. ... Lihtsamalt öeldes tähendab see, et nende looduslike allikate tekitatud elektrit ei saa salvestada suurtes kogustes, vaid seda saab kasutada vesiniku tootmiseks, lagundades vett hapnikuks ja vesinikuks.

Nii kummaline kui see ka ei kõla, on selle skeemi peamiste pooldajate hulgas mõned naftafirmad, kelle hulgas on kõige järjekindlam Briti naftahiiglane BP, kellel on konkreetne investeerimisstrateegia sellesse valdkonda olulisteks investeeringuteks. Loomulikult saab vesinikku ammutada ka taastumatutest süsivesinike allikatest, kuid sel juhul peab inimkond otsima lahendust selles protsessis saadud süsihappegaasi ladustamise probleemile. On vaieldamatu tõsiasi, et vesiniku tootmise, ladustamise ja transpordi tehnoloogilised probleemid on lahendatavad – praktikas toodetakse seda gaasi juba praegu suurtes kogustes ning kasutatakse toorainena keemia- ja naftakeemiatööstuses. Nendel juhtudel ei ole aga vesiniku kõrge hind saatuslik, kuna see "sulab" nende toodete kõrgesse maksumusse, mille sünteesis ta osaleb.

Kerggaasi energiaallikana kasutamise küsimus on aga mõnevõrra keerulisem. Teadlased on pikalt oma ajusid ragistanud kütteõlile võimaliku strateegilise alternatiivi otsimisel ning seni on jõutud üksmeelele, et vesinik on kõige keskkonnasõbralikum ja piisava energiaga kättesaadav. Ainult tema täidab kõik vajalikud nõuded sujuvaks üleminekuks praeguse status quo muutmisele. Kõigi nende eeliste taga on lihtne, kuid väga oluline tõsiasi – vesiniku ekstraheerimine ja kasutamine keerleb ümber vee segunemise ja lagunemise loomuliku tsükli… Kui inimkond täiustab tootmismeetodeid, kasutades looduslikke allikaid, nagu päikeseenergia, tuul ja vesi, saab toota vesinikku. ja kasutada piiramatus koguses ilma kahjulikke heitmeid tekitamata. Taastuvenergiaallikana on vesinik juba pikka aega olnud Põhja-Ameerika, Euroopa ja Jaapani erinevate programmide märkimisväärsete uuringute tulemus. Viimased on omakorda osa paljude ühisprojektide tööst, mille eesmärk on luua terviklik vesiniku infrastruktuur, sealhulgas tootmine, ladustamine, transport ja jaotamine. Sageli kaasnevad nende arengutega märkimisväärsed valitsuse toetused ja need põhinevad rahvusvahelistel lepingutel. Näiteks 2003. aasta novembris allkirjastati rahvusvaheline vesinikumajanduse partnerlusleping, mis hõlmab maailma suurimaid tööstusriike nagu Austraalia, Brasiilia, Kanada, Hiina, Prantsusmaa, Saksamaa, Island, India, Itaalia ja Jaapan. , Norra, Korea, Venemaa, Ühendkuningriik, USA ja Euroopa Komisjon. Selle rahvusvahelise koostöö eesmärk on "korraldada, stimuleerida ja ühendada erinevate organisatsioonide jõupingutused teel vesinikuajastu poole, samuti toetada vesiniku tootmise, ladustamise ja jaotamise tehnoloogiate loomist."

Võimalik tee selle keskkonnasõbraliku kütuse kasutamiseks autotööstuses võib olla kahekordne. Üks neist on "kütuseelementidena" tuntud seadmed, milles vesiniku keemiline kombinatsioon õhust hapnikuga eraldab elektrit, teine ​​aga tehnoloogiate arendamine vedela vesiniku kasutamiseks kütusena klassikalise sisepõlemismootori silindrites. . Teine suund on psühholoogiliselt lähemal nii tarbijatele kui autofirmadele ning BMW on selle säravaim toetaja.

Производство

Praegu toodetakse maailmas üle 600 miljardi kuupmeetri puhast vesinikku. Selle tootmise peamine tooraine on maagaas, mida töödeldakse "reformimiseks" tuntud protsessis. Väiksemad kogused vesinikku saadakse teiste protsessidega, nagu klooriühendite elektrolüüs, raske õli osaline oksüdeerimine, kivisöe gaasistamine, kivisöe pürolüüs koksi tootmiseks ja bensiini reformimine. Ligikaudu pool maailma vesinikutoodangust kulub ammoniaagi sünteesiks (mida kasutatakse lähteainena väetiste tootmisel), nafta rafineerimisel ja metanooli sünteesil. Need tootmisskeemid koormavad keskkonda erineval määral ja kahjuks ei paku ükski neist sisulist alternatiivi praegusele energeetilisele status quo'le – esiteks seetõttu, et nad kasutavad taastumatuid allikaid ja teiseks seetõttu, et tootmise käigus eralduvad soovimatud ained, nagu süsinik. dioksiid, mis on peamine süüdlane. Kasvuhooneefekt. Huvitava ettepaneku selle probleemi lahendamiseks tegid hiljuti Euroopa Liidu ja Saksamaa valitsuse rahastatud teadlased, kes on loonud nn sekvestreerimistehnoloogia, mille käigus pumbatakse maagaasist vesiniku tootmisel tekkiv süsihappegaas vanad kurnatud põllud. nafta, maagaas või kivisüsi. Seda protsessi pole aga lihtne teostada, kuna ei nafta- ega gaasiväljad pole tõelised maapõue õõnsused, vaid enamasti on tegemist poorsete liivastruktuuridega.

Kõige lootustandvamaks tulevikumeetodiks vesiniku tootmiseks jääb põhikoolist saadik tuntud vee lagundamine elektri abil. Põhimõte on ülimalt lihtne – kahele veevanni sukeldatud elektroodile rakendatakse elektripinge, negatiivsele elektroodile lähevad aga positiivselt laetud vesiniku ioonid, positiivsele aga negatiivselt laetud hapnikuioonid. Praktikas kasutatakse selleks vee elektrokeemiliseks lagundamiseks mitut põhimeetodit – "leeliseline elektrolüüs", "membraanelektrolüüs", "kõrgsurve elektrolüüs" ja "kõrgtemperatuuriline elektrolüüs".

Kõik oleks ideaalne, kui lihtne jagamise aritmeetika ei segaks selleks vajamineva elektrienergia päritolu üliolulist probleemi. Fakt on see, et praegu eraldub selle tootmisel paratamatult kahjulikke kõrvalsaadusi, mille kogus ja tüüp on olenevalt sellest, kuidas seda tehakse, ning eelkõige on elektri tootmine ebaefektiivne ja väga kulukas protsess.

Vigase purustamine ja puhta energia tsükli sulgemine on praegu võimalik ainult siis, kui vee lagundamiseks vajaliku elektri tootmiseks kasutatakse looduslikku ja eriti päikeseenergiat. Selle ülesande lahendamine nõuab kahtlemata palju aega, raha ja vaeva, kuid mitmel pool maailmas on sellisel viisil elektri tootmine juba tõsiasjaks muutunud.

Näiteks BMW mängib aktiivset rolli päikeseelektrijaamade loomisel ja arendamisel. Baieri väikelinna Neuburgi ehitatud elektrijaam kasutab fotogalvaanilisi elemente, et toota energiat, mis toodab vesinikku. Ettevõtte inseneride sõnul on eriti huvitavad süsteemid, mis kasutavad vee soojendamiseks päikeseenergiat, ja sellest tulenev aur toidab elektrigeneraatoreid – sellised päikesejaamad töötavad juba Californias Mojave kõrbes, mis toodab 354 MW elektrit. Üha olulisemaks muutub ka tuuleenergia – tuulepargid selliste riikide rannikul nagu USA, Saksamaa, Holland, Belgia ja Iirimaa mängivad järjest olulisemat majanduslikku rolli. Maailma eri paigus on ka ettevõtteid, kes ammutavad vesinikku biomassist.

Säilitamise asukoht

Vesinikku saab hoida suures koguses nii gaasi- kui ka vedelfaasis. Suurimat neist reservuaaridest, milles vesinik on suhteliselt madalal rõhul, nimetatakse "gaasiarvestiteks". Keskmised ja väiksemad mahutid sobivad vesiniku hoidmiseks rõhul 30 baari, samas kui väikseimad spetsiaalsed paagid (spetsiaalsest terasest või süsinikkiuga tugevdatud komposiitmaterjalidest valmistatud kallid seadmed) hoiavad püsivat rõhku 400 baari.

Vesinikku saab säilitada ka vedelas faasis temperatuuril -253°C ruumalaühiku kohta, mis sisaldab 0 korda rohkem energiat kui 1,78 baari juures säilitatuna – selleks, et saavutada veeldatud vesinikus ruumalaühiku kohta samaväärne energiahulk, tuleb gaas kokku suruda. kuni 700 baari. Just jahutatud vesiniku suurema energiatõhususe tõttu teeb BMW koostööd Saksa külmutuskontserniga Linde, kes on välja töötanud kaasaegsed krüogeensed seadmed vesiniku veeldamiseks ja säilitamiseks. Teadlased pakuvad vesiniku säilitamisele ka muid, kuid vähem rakendatavaid alternatiive, näiteks säilitamist rõhu all spetsiaalses metallijahus metallhüdriidide kujul jne.

Transport

Suure keemiakombinaatide ja naftatöötlemistehaste kontsentratsiooniga piirkondades on vesiniku ülekandevõrk juba loodud. Üldiselt sarnaneb tehnoloogia maagaasi transportimisega, kuid viimase kasutamine vesiniku vajadusteks pole alati võimalik. Kuid isegi eelmisel sajandil valgustas paljusid Euroopa linnade maju kerge gaasijuhe, mis sisaldas kuni 50% vesinikku ja mida kasutati esimeste statsionaarsete sisepõlemismootorite kütusena. Tänapäeva tehnoloogia tase võimaldab veeldatud vesiniku transkontinentaalset transporti olemasolevate krüogeensete paakautode kaudu, mis on sarnased maagaasi kasutamisele. Praegu teevad teadlased ja insenerid kõige suuremaid lootusi ja suurimaid jõupingutusi vedelate vesinike veeldamiseks ja transportimiseks piisavate tehnoloogiate loomise valdkonnas. Selles mõttes võivad just need laevad, krüogeensed raudteetankid ja veoautod saada tulevase vesiniku transpordi aluseks. 2004. aasta aprillis avati Müncheni lennujaama vahetus läheduses esimene omalaadne veeldatud vesiniku tankla, mille arendasid välja BMW ja Steyr. Tema abiga toimub paakide täitmine veeldatud vesinikuga täielikult automaatselt, ilma osalemiseta ja ilma autojuhile ohtu seadmata.