تست درایو BMW و هیدروژن: قسمت اول

همچنان که هواپیمای عظیم به محل فرود نزدیک نیوجرسی نزدیک شد ، غرش طوفان قریب الوقوع همچنان در آسمان طنین انداز شد. در 6 مه 1937 ، کشتی هوایی هیندنبورگ با حمل 97 مسافر ، اولین پرواز خود را در این فصل انجام داد.

در عرض چند روز ، یک بالون بزرگ پر از هیدروژن قرار است دوباره به فرانکفورت ماین پرواز کند. مدت زیادی است که کلیه صندلی های این پرواز توسط شهروندان آمریکایی رزرو شده است که مشتاق دیدن تاجگذاری پادشاه انگلیس جورج ششم هستند ، اما سرنوشت مقرر کرد که این مسافران هرگز سوار غول هواپیما نشوند.

اندکی پس از اتمام آماده سازی برای فرود کشتی هوایی، فرمانده آن روزندال متوجه شعله های آتش روی بدنه آن شد و پس از چند ثانیه توپ بزرگ به یک چوب پرنده شوم تبدیل شد و پس از نیمی دیگر تنها قطعات فلزی رقت انگیزی روی زمین باقی ماند. دقیقه یکی از شگفت‌انگیزترین چیزهای این داستان، این واقعیت دلگرم کننده است که بسیاری از مسافران کشتی هوایی در حال سوختن در نهایت توانستند زنده بمانند.

کنت فردیناند فون زپلین آرزو داشت که در اواخر قرن نوزدهم با یک وسیله نقلیه سبک تر از هوا پرواز کند ، یک طرح خشن از یک هواپیمای پر از گاز سبک را ترسیم کند و پروژه هایی را برای اجرای عملی آن راه اندازی کند. زپلین به اندازه کافی زندگی کرد تا ببیند آفرینش او به تدریج وارد زندگی مردم می شود و در سال 1917 ، کمی قبل از اینکه کشورش جنگ جهانی اول را از دست بدهد ، درگذشت و استفاده از کشتی های او با معاهده ورسای ممنوع شد. زپلین ها سال ها فراموش شده بودند ، اما با روی کار آمدن هیتلر همه چیز دوباره با سرعتی گیج کننده تغییر می کند. رئیس جدید Zeppelin ، دکتر هوگو اكنر ، كاملاً متقاعد شده است كه در طراحی كشتی های هوایی به تعدادی تغییرات چشمگیر فناوری نیاز است ، اصلی ترین آنها جایگزینی هیدروژن قابل اشتعال و خطرناك با هلیم است. متأسفانه ، ایالات متحده که در آن زمان تنها تولید کننده این ماده اولیه استراتژیک بود ، طبق قانون خاصی که در سال 1923 توسط کنگره تصویب شد ، نتوانست هلیوم را به آلمان بفروشد. به همین دلیل کشتی جدید با نام LZ 129 سرانجام با هیدروژن سوخت می شود.

ساخت یک بالون جدید عظیم ساخته شده از آلیاژهای آلومینیوم سبک تقریباً 300 متر طول و قطری حدود 45 متر دارد. این هواپیمای غول پیکر ، معادل تایتانیک ، از چهار موتور 16 سیلندر دیزلی بهره می برد که هر کدام 1300 اسب بخار قدرت دارند. طبیعتاً هیتلر این فرصت را از دست نداد تا "هیندنبورگ" را به نمادی تبلیغاتی زنده از آلمان نازی تبدیل کند و برای تسریع در شروع بهره برداری از آن همه تلاش خود را انجام داد. در نتیجه ، در سال 1936 کشتی هوایی "تماشایی" پروازهای منظمی را انجام داد.

در اولین پرواز در سال 1937، محل فرود نیوجرسی مملو از تماشاگران هیجان زده، برخوردهای پرشور، بستگان و خبرنگاران بود که بسیاری از آنها ساعت ها منتظر فرود آمدن طوفان بودند. حتی رادیو هم یک رویداد جالب را پوشش می دهد. در لحظه ای با سکوت گوینده انتظار مضطرب قطع می شود که پس از لحظه ای هیستریک فریاد می زند: «یک گلوله آتش بزرگ از آسمان در حال سقوط است! هیچ کس زنده نیست ... کشتی ناگهان روشن می شود و فوراً مانند یک مشعل غول پیکر در حال سوختن به نظر می رسد. برخی از مسافران وحشت زده شروع به پریدن از گوندولا کردند تا از آتش هولناک فرار کنند، اما به دلیل ارتفاع صد متری برای آنها کشنده بود. در نهایت تنها تعدادی از مسافرانی که منتظر نزدیک شدن کشتی هوایی به زمین هستند زنده می مانند، اما بسیاری از آنها به شدت سوخته اند. در نقطه ای، کشتی نتوانست آسیب آتش سوزی را تحمل کند و هزاران لیتر آب بالاست در کمان شروع به ریختن به زمین کرد. لیست های هیندنبورگ به سرعت لیست می کند، قسمت عقبی در حال سوختن به زمین برخورد می کند و در عرض 34 ثانیه به نابودی کامل ختم می شود. شوک تماشایی جمعیتی را که روی زمین جمع شده بودند می لرزاند. در آن زمان علت رسمی سقوط رعد و برق در نظر گرفته شد که باعث اشتعال هیدروژن شد، اما در سال های اخیر یک کارشناس آلمانی و آمریکایی به طور قاطع استدلال می کنند که فاجعه کشتی هیندنبورگ که طوفان های زیادی را بدون مشکل پشت سر گذاشت. ، عامل فاجعه بود. پس از مشاهدات متعدد از تصاویر آرشیوی، آنها به این نتیجه رسیدند که آتش به دلیل رنگ قابل احتراق پوشاندن پوست کشتی هوایی شروع شده است. آتش‌سوزی یک کشتی هوایی آلمانی یکی از شوم‌ترین فجایع تاریخ بشریت است و خاطره این رویداد وحشتناک هنوز برای بسیاری بسیار دردناک است. امروزه نیز ذکر واژه های «هواپیمایی» و «هیدروژن» جهنم آتشین نیوجرسی را تداعی می کند، هرچند اگر «اهل سازی» مناسبی داشته باشد، سبک ترین و فراوان ترین گاز موجود در طبیعت با وجود خواص خطرناکی که دارد می تواند فوق العاده مفید باشد. به گفته تعداد زیادی از دانشمندان مدرن، دوران واقعی هیدروژن هنوز ادامه دارد، اگرچه در همان زمان، بخش بزرگ دیگری از جامعه علمی در مورد چنین مظاهر افراطی خوش بینی تردید دارند. در میان خوش بینانی که از فرضیه اول حمایت می کنند و سرسخت ترین حامیان ایده هیدروژن، البته باید باواریایی های BMW باشند. شرکت خودروسازی آلمانی احتمالاً از چالش‌های اجتناب‌ناپذیر در مسیر اقتصاد هیدروژنی آگاه است و مهم‌تر از همه، بر مشکلات انتقال از سوخت‌های هیدروکربنی به هیدروژن غلبه می‌کند.

جاه طلبی ها

ایده استفاده از سوختی که به اندازه ذخایر سوخت سازگار با محیط زیست و پایان ناپذیر است، برای بشریت در چنگال مبارزه انرژی مانند جادو به نظر می رسد. امروزه بیش از یک یا دو «جامعه هیدروژنی» وجود دارد که مأموریت آنها ترویج نگرش مثبت نسبت به گاز سبک و سازماندهی مداوم جلسات، سمپوزیوم ها و نمایشگاه هاست. به عنوان مثال، شرکت تایرسازی میشلین، سرمایه‌گذاری هنگفتی را برای سازماندهی رویداد محبوب Michelin Challenge Bibendum، یک انجمن جهانی متمرکز بر هیدروژن برای سوخت‌ها و خودروهای پایدار، انجام می‌دهد.

با این حال، خوش‌بینی ناشی از سخنرانی‌ها در چنین انجمن‌هایی هنوز برای اجرای عملی یک برنامه شگفت‌انگیز هیدروژنی کافی نیست و ورود به اقتصاد هیدروژنی یک رویداد بی‌نهایت پیچیده و غیرقابل عمل در این مرحله فناوری در توسعه تمدن است.

با این حال ، اخیراً ، بشریت تلاش کرده است تا بیشتر و بیشتر از منابع انرژی جایگزین استفاده کند ، یعنی هیدروژن می تواند به یک پل مهم برای ذخیره انرژی خورشیدی ، باد ، آب و زیست توده تبدیل شود و آن را به انرژی شیمیایی تبدیل کند. ... به زبان ساده ، این بدان معنی است که الکتریسیته تولید شده توسط این منابع طبیعی نمی تواند در حجم زیادی ذخیره شود ، اما می تواند با تجزیه آب به اکسیژن و هیدروژن برای تولید هیدروژن استفاده شود.

هر چند عجیب به نظر می رسد، برخی از شرکت های نفتی از جمله حامیان اصلی این طرح هستند که در میان آنها، غول نفتی بریتانیایی BP است که استراتژی سرمایه گذاری مشخصی برای سرمایه گذاری های قابل توجه در این زمینه دارد. البته می توان هیدروژن را از منابع هیدروکربنی تجدید ناپذیر نیز استخراج کرد، اما در این صورت بشریت باید به دنبال راه حلی برای مشکل ذخیره دی اکسید کربن به دست آمده در این فرآیند باشد. این یک واقعیت غیرقابل انکار است که مشکلات تکنولوژیکی تولید، ذخیره و حمل و نقل هیدروژن قابل حل است - در عمل، این گاز در حال حاضر در مقادیر زیادی تولید می شود و به عنوان ماده اولیه در صنایع شیمیایی و پتروشیمی استفاده می شود. با این حال، در این موارد، هزینه بالای هیدروژن کشنده نیست، زیرا "ذوب" به قیمت بالای محصولاتی که در سنتز آنها مشارکت دارد، تبدیل می شود.

با این حال، مسئله استفاده از گاز سبک به عنوان منبع انرژی تا حدودی پیچیده تر است. دانشمندان مدت‌هاست که به دنبال جایگزینی استراتژیک برای نفت کوره هستند و تاکنون به این عقیده متفق القول رسیده‌اند که هیدروژن دوست‌دار محیط‌زیست‌ترین و با انرژی کافی در دسترس است. فقط او تمام الزامات لازم برای انتقال آرام به تغییر وضعیت فعلی را برآورده می کند. زیربنای همه این مزایا یک واقعیت ساده اما بسیار مهم است - استخراج و استفاده از هیدروژن حول چرخه طبیعی ترکیب و تجزیه آب می چرخد... اگر بشر روش های تولید را با استفاده از منابع طبیعی مانند انرژی خورشیدی، باد و آب بهبود بخشد، می توان هیدروژن تولید کرد. و در مقادیر نامحدود بدون انتشار هیچ گونه انتشار مضر استفاده کنید. به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر، هیدروژن از دیرباز نتیجه تحقیقات قابل توجه در برنامه های مختلف در آمریکای شمالی، اروپا و ژاپن بوده است. دومی به نوبه خود بخشی از کار بر روی طیف گسترده ای از پروژه های مشترک با هدف ایجاد زیرساخت کامل هیدروژن از جمله تولید، ذخیره سازی، حمل و نقل و توزیع است. اغلب این تحولات با یارانه های قابل توجه دولت همراه است و بر اساس توافقات بین المللی صورت می گیرد. به عنوان مثال، در نوامبر 2003، توافقنامه مشارکت بین المللی اقتصاد هیدروژنی امضا شد که شامل بزرگترین کشورهای صنعتی جهان مانند استرالیا، برزیل، کانادا، چین، فرانسه، آلمان، ایسلند، هند، ایتالیا و ژاپن می شود. ، نروژ، کره، روسیه، بریتانیا، ایالات متحده و کمیسیون اروپا. هدف از این همکاری بین المللی "سازماندهی، تحریک و متحد کردن تلاش های سازمان های مختلف در مسیر رسیدن به عصر هیدروژن و همچنین حمایت از ایجاد فناوری های تولید، ذخیره و توزیع هیدروژن" است.

مسیر ممکن برای استفاده از این سوخت سازگار با محیط زیست در بخش خودرو می تواند دوگانه باشد. یکی از آنها دستگاه‌هایی است که به سلول‌های سوختی معروف هستند که در آن ترکیب شیمیایی هیدروژن با اکسیژن هوا، الکتریسیته آزاد می‌کند و دومی توسعه فناوری‌هایی برای استفاده از هیدروژن مایع به عنوان سوخت در سیلندرهای یک موتور احتراق داخلی کلاسیک است. . جهت دوم از نظر روانی هم به مصرف کنندگان و هم به شرکت های خودروسازی نزدیک تر است و BMW درخشان ترین حامی آن است.

تولید

در حال حاضر بیش از 600 میلیارد متر مکعب هیدروژن خالص در سراسر جهان تولید می شود. ماده اولیه اصلی برای تولید آن گاز طبیعی است که در فرآیندی به نام "رفرمینگ" فرآوری می شود. مقادیر کمتری از هیدروژن توسط فرآیندهای دیگر مانند الکترولیز ترکیبات کلر، اکسیداسیون جزئی نفت سنگین، گازی شدن زغال سنگ، تجزیه در اثر حرارت زغال سنگ برای تولید کک و اصلاح بنزین بازیافت می شود. تقریباً نیمی از تولید هیدروژن جهان برای سنتز آمونیاک (که به عنوان ماده اولیه در تولید کودها استفاده می شود)، در پالایش نفت و در سنتز متانول استفاده می شود. این طرح‌های تولید به درجات مختلف محیط زیست را تحت فشار قرار می‌دهند و متأسفانه هیچ‌یک از آنها جایگزین معناداری برای وضعیت فعلی انرژی ارائه نمی‌دهند - اولاً به این دلیل که از منابع تجدیدناپذیر استفاده می‌کنند و ثانیاً به این دلیل که این تولید مواد ناخواسته مانند کربن را آزاد می‌کند. دی اکسید که مقصر اصلی است. اثر گلخانه ای. اخیراً یک پیشنهاد جالب برای حل این مشکل توسط محققانی ارائه شده است که توسط اتحادیه اروپا و دولت آلمان تأمین مالی شده است. آنها یک فناوری به اصطلاح "جذب" ایجاد کرده اند که در آن دی اکسید کربن تولید شده در طی تولید هیدروژن از گاز طبیعی به داخل پمپ می شود. مزارع فرسوده قدیمی نفت، گاز طبیعی یا زغال سنگ. با این حال، اجرای این فرآیند آسان نیست، زیرا نه میدان های نفتی و نه گازی حفره های واقعی در پوسته زمین نیستند، بلکه اغلب ساختارهای شنی متخلخل هستند.

امیدوارکننده‌ترین روش آینده برای تولید هیدروژن، تجزیه آب توسط الکتریسیته است که از دوران دبستان شناخته شده است. اصل بسیار ساده است - یک ولتاژ الکتریکی به دو الکترود غوطه ور در یک حمام آب اعمال می شود، در حالی که یون های هیدروژن با بار مثبت به الکترود منفی می روند و یون های اکسیژن با بار منفی به سمت الکترود مثبت می روند. در عمل، چندین روش اصلی برای این تجزیه الکتروشیمیایی آب استفاده می شود - "الکترولیز قلیایی"، "الکترولیز غشایی"، "الکترولیز فشار بالا" و "الکترولیز با دمای بالا".

اگر محاسبه ساده تقسیم با مشکل بسیار مهم منشاء برق مورد نیاز برای این منظور تداخل نداشته باشد، همه چیز عالی خواهد بود. واقعیت این است که در حال حاضر تولید آن ناگزیر محصولات جانبی مضری را منتشر می کند که میزان و نوع آن بسته به نحوه انجام آن متفاوت است و مهمتر از همه، تولید برق فرآیندی ناکارآمد و بسیار پرهزینه است.

شکستن شرور و بستن چرخه انرژی پاک در حال حاضر فقط در صورت استفاده از انرژی طبیعی و به ویژه خورشیدی برای تولید برق مورد نیاز برای تجزیه آب امکان پذیر است. حل این مشکل بدون شک به زمان ، هزینه و تلاش زیادی احتیاج دارد ، اما در بسیاری از نقاط جهان تولید برق از این طریق به یک واقعیت تبدیل شده است.

به عنوان مثال، BMW نقش فعالی در ایجاد و توسعه نیروگاه های خورشیدی ایفا می کند. این نیروگاه که در شهر کوچک نوبرگ باواریا ساخته شده است، از سلول های فتوولتائیک برای تولید انرژی که هیدروژن تولید می کند، استفاده می کند. به گفته مهندسان این شرکت، سیستم‌هایی که از انرژی خورشیدی برای گرم کردن آب استفاده می‌کنند، بسیار جالب هستند و بخار حاصله، مولدهای برق را نیرو می‌دهد - چنین نیروگاه‌های خورشیدی در حال حاضر در صحرای موهاوی در کالیفرنیا کار می‌کنند که 354 مگاوات برق تولید می‌کند. انرژی بادی نیز اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند، زیرا مزارع بادی در سواحل کشورهایی مانند ایالات متحده، آلمان، هلند، بلژیک و ایرلند نقش اقتصادی مهمی را ایفا می‌کنند. همچنین شرکت هایی برای استخراج هیدروژن از زیست توده در نقاط مختلف جهان وجود دارند.

محل ذخیره سازی

هیدروژن را می توان به مقدار زیاد در هر دو فاز گاز و مایع ذخیره کرد. بزرگترین این مخازن که هیدروژن در آنها فشار نسبتاً کمی دارد "متر گاز" نامیده می شوند. مخازن متوسط ​​و کوچکتر برای ذخیره هیدروژن در فشار 30 بار مناسب هستند ، در حالی که کوچکترین مخازن مخصوص (دستگاههای گران قیمت ساخته شده از فولاد یا مواد کامپوزیتی مخصوص تقویت شده با الیاف کربن) فشار ثابت 400 بار را حفظ می کنند.

همچنین می توان هیدروژن را در فاز مایع با دمای 253- درجه سانتی گراد در واحد حجم ذخیره کرد که حاوی 0 برابر انرژی بیشتر از زمانی است که در 1,78 بار ذخیره می شود - برای دستیابی به مقدار معادل انرژی در هیدروژن مایع در واحد حجم، گاز باید فشرده شود. تا 700 بار دقیقاً به دلیل بازده انرژی بالاتر هیدروژن خنک شده است که BMW با شرکت تبرید آلمانی Linde همکاری می کند که دستگاه های برودتی مدرن را برای مایع سازی و ذخیره هیدروژن توسعه داده است. دانشمندان همچنین جایگزین های دیگری، اما کمتر کاربردی برای ذخیره سازی هیدروژن ارائه می دهند، به عنوان مثال، ذخیره سازی تحت فشار در آرد فلزی خاص به شکل هیدریدهای فلزی و غیره.

حمل و نقل

در مناطقی با غلظت بالای گیاهان شیمیایی و پالایشگاه های روغن ، شبکه انتقال هیدروژن از قبل ایجاد شده است. به طور کلی ، این فناوری مشابه انتقال گاز طبیعی است ، اما استفاده از مورد دوم برای نیازهای هیدروژن همیشه امکان پذیر نیست. با این حال ، حتی در قرن گذشته ، بسیاری از خانه های شهرهای اروپا توسط یک خط لوله گاز سبک روشن می شدند ، که حاوی 50٪ هیدروژن بود و به عنوان سوخت برای اولین موتورهای احتراق داخلی ثابت استفاده می شد. سطح فناوری امروز همچنین امکان حمل و نقل بین قاره ای هیدروژن مایع از طریق تانکرهای برودتی موجود را فراهم می کند ، مشابه آنچه برای گاز طبیعی استفاده می شود. در حال حاضر ، دانشمندان و مهندسان بیشترین امید و تلاش را در زمینه ایجاد فن آوری های کافی برای مایع سازی و انتقال هیدروژن مایع دارند. از این لحاظ ، این کشتی ها ، مخازن راه آهن برودتی و کامیون ها هستند که می توانند مبنایی برای حمل و نقل آینده هیدروژن شوند. در آوریل 2004 ، اولین ایستگاه پر کردن هیدروژن مایع در نوع خود ، که به طور مشترک توسط BMW و Steyr توسعه یافته بود ، در نزدیکی فرودگاه مونیخ افتتاح شد. با کمک آن ، پر کردن مخازن با هیدروژن مایع کاملاً خودکار ، بدون مشارکت و بدون خطر راننده خودرو انجام می شود.