Tesztvezetés BMW és hidrogén: első rész

A közelgő vihar zúgása még mindig visszhangzott az égen, amikor a hatalmas gép New Jersey közelében a leszállóhelyhez közeledett. 6. május 1937-án a Hindenburgi léghajó megtette az első repülését a szezonban, és 97 utast vett fel a fedélzetre.

Néhány nap múlva egy hatalmas, hidrogénnel töltött léggömb repül vissza Frankfurt am Mainba. A járat összes helyét régóta lefoglalták azok az amerikai állampolgárok, akik alig várták, hogy szemtanúi lehessenek VI. György brit király koronázásának, ám a sors úgy döntött, hogy ezek az utasok soha nem szállnak fel a repülőgép-óriásra.

Nem sokkal a léghajó leszállási előkészületeinek befejezése után Rosendahl parancsnoka észrevette a lángokat a hajótesten, és néhány másodperc múlva a hatalmas golyó baljós repülő rönkgé változott, és újabb fél ugrás után csak szánalmas fémdarabok maradtak a földön. perc. Az egyik legmeglepőbb dolog ebben a történetben az a szívmelengető tény, hogy az égő léghajó utasai közül sokan végül túlélték.

Ferdinand von Zeppelin gróf arról álmodozott, hogy a 1917. század végén a levegőnél könnyebb járművön repül, felvázolja a könnyű gázzal töltött repülőgép durva diagramját, és projekteket indít annak gyakorlati megvalósítására. Zeppelin elég sokáig élt ahhoz, hogy alkotása fokozatosan belépjen az emberek életébe, és 1923-ben, röviddel azelőtt, hogy országa elvesztette volna az első világháborút, meghalt, hajóinak használatát pedig a Versailles-i Szerződés tiltotta. A Zeppelineket hosszú évekig elfelejtették, de Hitler hatalomra kerülésével minden szédítő sebességgel megváltozik. A Zeppelin új vezetője, Dr. Hugo Eckner szilárdan meg van győződve arról, hogy a léghajók tervezésénél számos jelentős technológiai változásra van szükség, amelyek közül a fő az éghető és veszélyes hidrogén héliummal történő cseréje. Sajnos azonban az Egyesült Államok, amely akkoriban egyedüli termelője volt ennek a stratégiai alapanyagnak, nem tudott héliumot eladni Németországnak a kongresszus által 129-ban elfogadott külön törvény alapján. Ezért az új, LZ XNUMX névre keresztelt hajót végül hidrogénnel táplálják.

A könnyű alumíniumötvözetekből készült hatalmas új léggömb építése csaknem 300 méter hosszú, átmérője körülbelül 45 méter. Az óriási repülőgépet, amely a Titanic-nak felel meg, négy 16 hengeres dízelmotor hajtja, mindegyik 1300 LE-s. Természetesen Hitler nem hagyta ki az alkalmat, hogy a "Hindenburgot" a náci Németország élénk propagandaszimbólumává változtassa, és mindent megtett annak érdekében, hogy felgyorsítsa kizsákmányolásának kezdetét. Ennek eredményeként már 1936-ban a "látványos" léghajó rendszeres transzatlanti járatokat hajtott végre.

Az 1937-es első repülésen a New Jersey-i leszállóhely zsúfolásig megtelt izgatott nézőkkel, lelkes találkozásokkal, rokonokkal és újságírókkal, akik közül sokan órákig vártak a vihar elcsitulására. Még a rádió is beszámol egy érdekes eseményről. Az aggódó várakozást valamikor megszakítja a beszélő csendje, aki egy pillanat múlva hisztérikusan felkiált: „Óriási tűzgolyó hull az égből! Senki sem él... A hajó hirtelen kigyullad, és azonnal úgy néz ki, mint egy hatalmas égő fáklya. A rémisztő tűz elől néhány pánikba esett utas ugrálni kezdett a gondoláról, de ez a száz méteres magasság miatt végzetesnek bizonyult számukra. A léghajó szárazföldi közeledésére váró utasok közül végül csak néhányan maradnak életben, de sokan súlyosan megégnek. Egy ponton a hajó nem bírta elviselni a tomboló tűz okozta károkat, és az orrban több ezer liter ballasztvíz kezdett a földbe ömleni. A Hindenburg gyorsan listázik, az égő hátsó rész a földbe csapódik, és 34 másodperc alatt teljes pusztulásba esik. A látvány sokkja megrázza a földön összegyűlt tömeget. Akkoriban a katasztrófa hivatalos okának a mennydörgést tartották, amely a hidrogén meggyulladását okozta, de az utóbbi években egy német és amerikai szakértő kategorikusan azzal érvel, hogy a Hindenburg hajóval történt tragédia, amely probléma nélkül ment át a viharon. , volt a katasztrófa oka. Az archív felvételek többszöri megfigyelése után arra a következtetésre jutottak, hogy a tűz a léghajó bőrét beborító éghető festék miatt keletkezett. Egy német léghajó tüze az emberiség történetének egyik legbaljósabb katasztrófája, és ennek a szörnyű eseménynek az emléke még mindig nagyon fájdalmas sokak számára. A "légihajó" és a "hidrogén" szavak említése még ma is New Jersey tüzes poklát idézi, bár megfelelő "háziasítás" esetén a természetben a legkönnyebb és legnagyobb mennyiségben előforduló gáz veszélyes tulajdonságai ellenére rendkívül hasznos lehet. A modern tudósok nagy része szerint a hidrogén igazi korszaka még tart, bár ugyanakkor a tudományos közösség másik nagy része szkeptikus az optimizmus ilyen szélsőséges megnyilvánulásaival szemben. Az első hipotézist támogató optimisták és a hidrogén-eszme legmeghatározóbb támogatói között természetesen a BMW bajorai is lehetnek. Valószínűleg a német autóipari vállalat ismeri a legjobban a hidrogéngazdaság felé vezető úton elkerülhetetlen kihívásokat, és mindenekelőtt leküzdi a szénhidrogén-üzemanyagokról a hidrogénre való átállás nehézségeit.

törekvései

Már maga az a gondolat, hogy olyan üzemanyagot használjunk, amely ugyanolyan környezetbarát és kimeríthetetlen, mint az üzemanyagtartalékok, varázslatnak tűnik az energiaharc szorításában lévő emberiség számára. Ma már több mint egy-két „hidrogéntársadalom” van, amelyek küldetése a könnyűgázhoz való pozitív hozzáállás elősegítése, valamint a találkozók, szimpóziumok, kiállítások folyamatos szervezése. A Michelin gumiabroncs-gyártó cég például jelentős összegeket fektet be az egyre népszerűbb Michelin Challenge Bibendum, a fenntartható üzemanyagok és autók hidrogénével foglalkozó globális fórum megszervezésébe.

Az ilyen fórumokon elhangzott felszólalásokból áradó optimizmus azonban még mindig nem elég egy csodálatos hidrogénidill gyakorlati megvalósításához, a hidrogéngazdaságba való belépés pedig végtelenül bonyolult és kivitelezhetetlen esemény a civilizáció fejlődésének e technológiai szakaszában.

Az utóbbi időben azonban az emberiség egyre több alternatív energiaforrás felhasználására törekszik, nevezetesen a hidrogén fontos híddá válhat a nap-, szél-, víz- és biomassza-energia tárolásában, kémiai energiává alakításában. ... Leegyszerűsítve ez azt jelenti, hogy az ezen természetes források által termelt villamos energia nem tárolható nagy mennyiségben, hanem felhasználható hidrogén előállítására a víz oxigénné és hidrogénné bontásával.

Bármilyen furcsán is hangzik, egyes olajtársaságok a konstrukció fő támogatói közé tartoznak, amelyek közül a legkövetkezetesebb a brit BP olajóriás, amely sajátos befektetési stratégiával rendelkezik az ezen a területen történő jelentős befektetésekre. Természetesen a hidrogént nem megújuló szénhidrogénforrásokból is ki lehet nyerni, de ebben az esetben az emberiségnek megoldást kell keresnie az ebben a folyamatban nyert szén-dioxid tárolásának problémájára. Vitathatatlan tény, hogy a hidrogén előállítás, tárolás és szállítás technológiai problémái megoldhatók - a gyakorlatban ezt a gázt már nagy mennyiségben állítják elő és nyersanyagként használják fel a vegyiparban és a petrolkémiai iparban. Ezekben az esetekben azonban a hidrogén magas ára nem végzetes, mivel „beolvad” azoknak a termékeknek a magas költségébe, amelyek szintézisében részt vesz.

A könnyű gáz energiaforrásként való felhasználásának kérdése azonban némileg bonyolultabb. A tudósok régóta törik a fejüket a fűtőolaj lehetséges stratégiai alternatíváján, és eddig arra az egyöntetű véleményre jutottak, hogy a hidrogén a legkörnyezetbarátabb és elegendő energiában elérhető. Csak ő felel meg az összes szükséges követelménynek a jelenlegi status quo megváltoztatásához való zökkenőmentes átmenethez. Mindezen előnyök mögött egy egyszerű, de nagyon fontos tény áll – a hidrogén kitermelése és felhasználása a víz összetételének és lebontásának természetes ciklusa körül forog… Ha az emberiség javítja a termelési módszereket olyan természetes források felhasználásával, mint a napenergia, a szél és a víz, akkor hidrogén képződhet. és korlátlan mennyiségben használható káros kibocsátás nélkül. Megújuló energiaforrásként a hidrogén régóta jelentős kutatások eredménye különböző programokban Észak-Amerikában, Európában és Japánban. Utóbbiak pedig a teljes hidrogén-infrastruktúra létrehozását célzó közös projektek széles körének részét képezik, beleértve a termelést, tárolást, szállítást és elosztást. Ezeket a fejlesztéseket gyakran jelentős állami támogatások kísérik, és nemzetközi megállapodásokon alapulnak. 2003 novemberében írták alá például a Nemzetközi Hidrogéngazdasági Partnerségi Megállapodást, amely magában foglalja a világ legnagyobb iparosodott országait, mint Ausztrália, Brazília, Kanada, Kína, Franciaország, Németország, Izland, India, Olaszország és Japán. , Norvégia, Korea, Oroszország, az Egyesült Királyság, az Egyesült Államok és az Európai Bizottság. E nemzetközi együttműködés célja "a hidrogénkorszak felé vezető úton a különböző szervezetek erőfeszítéseinek megszervezése, ösztönzése és egyesítése, valamint a hidrogén előállítására, tárolására és elosztására szolgáló technológiák létrehozásának támogatása".

Ennek a környezetbarát üzemanyagnak az autóiparban való felhasználásához kettős út vezethet. Az egyik az "üzemanyagcellák" néven ismert eszközök, amelyekben a hidrogén és a levegő oxigén kémiai kombinációja elektromosságot szabadít fel, a második pedig olyan technológiák kifejlesztése, amelyek segítségével folyékony hidrogént lehet üzemanyagként használni egy klasszikus belső égésű motor hengereiben. . A második irány pszichológiailag közelebb áll mind a fogyasztókhoz, mind az autógyártókhoz, és a BMW a legfényesebb támogatója.

Termelés

Jelenleg több mint 600 milliárd köbméter tiszta hidrogént állítanak elő világszerte. Előállításának fő nyersanyaga a földgáz, amelyet a "reformálásnak" nevezett folyamat során dolgoznak fel. Kisebb mennyiségű hidrogént más folyamatok, például klórvegyületek elektrolízise, ​​nehézolaj részleges oxidációja, szén elgázosítása, koksz előállítására szolgáló szénpirolízis és benzinreformálás révén nyernek vissza. A világ hidrogéntermelésének megközelítőleg felét ammónia szintézisére (amelyet a műtrágyák gyártásában nyersanyagként használnak), az olajfinomításban és a metanol szintézisében használják fel. Ezek a termelési rendszerek különböző mértékben terhelik a környezetet, és sajnos egyikük sem kínál érdemi alternatívát a jelenlegi energetikai status quo-hoz - egyrészt azért, mert nem megújuló forrásokat használnak, másrészt azért, mert a termelés során nemkívánatos anyagok, például szén szabadul fel. dioxid, amely a fő bűnös. Üvegházhatás. Ennek a problémának a megoldására tettek egy érdekes javaslatot a közelmúltban az Európai Unió és a német kormány által finanszírozott kutatók, akik létrehoztak egy úgynevezett „megkötési” technológiát, amelynek során a földgázból hidrogén előállítása során keletkező szén-dioxidot szivattyúzzák régi kimerült mezők. olaj, földgáz vagy szén. Ezt a folyamatot azonban nem könnyű megvalósítani, hiszen sem az olaj-, sem a gázmezők nem valódi üregek a földkéregben, hanem legtöbbször porózus homokos szerkezetek.

A hidrogén előállításának legígéretesebb jövőbeli módja továbbra is a víz elektromos árammal történő lebontása, amely általános iskola óta ismert. Az elv rendkívül egyszerű - elektromos feszültséget kapcsolnak két vízfürdőbe merített elektródára, míg a pozitív töltésű hidrogénionok a negatív elektródára, a negatív töltésű oxigénionok pedig a pozitívra. A gyakorlatban számos fő módszert alkalmaznak a víz elektrokémiai lebontására - "lúgos elektrolízis", "membrán elektrolízis", "nagynyomású elektrolízis" és "magas hőmérsékletű elektrolízis".

Minden tökéletes lenne, ha az osztás egyszerű aritmetikája nem avatkozna bele az ehhez szükséges villamos energia eredetének rendkívül fontos problémájába. Az tény, hogy jelenleg az előállítása során óhatatlanul káros melléktermékek szabadulnak fel, amelyek mennyisége és típusa a kivitelezés módjától függően változik, és mindenekelőtt a villamos energia előállítása nem hatékony és nagyon költséges folyamat.

A gonoszság megtörése és a tiszta energia körforgásának lezárása jelenleg csak akkor lehetséges, ha természetes és különösen napenergia felhasználásával generálják a víz lebontásához szükséges villamos energiát. Ennek a problémának a megoldása kétségtelenül sok időt, pénzt és erőfeszítést igényel, de a világ számos pontján az ily módon történő villamosenergia-termelés már tényté vált.

A BMW például aktív szerepet játszik a naperőművek létrehozásában és fejlesztésében. A bajor kisvárosban, Neuburgban épült erőmű fotovoltaikus cellákból állít elő hidrogént termelő energiát. A cég mérnökei szerint különösen érdekesek azok a rendszerek, amelyek napenergiát használnak a víz melegítésére, a keletkező gőz pedig áramfejlesztőket hajt – ilyen napelemek már működnek a kaliforniai Mojave-sivatagban, amely 354 MW áramot termel. A szélenergia is egyre fontosabbá válik, a szélerőművek olyan országok partjain, mint az Egyesült Államok, Németország, Hollandia, Belgium és Írország, egyre fontosabb gazdasági szerepet töltenek be. Vannak olyan cégek is, amelyek biomasszából hidrogént kinyernek a világ különböző részein.

Tárolási hely

A hidrogén nagy mennyiségben tárolható mind gáz-, mind folyadékfázisban. Ezek közül a legnagyobb tárolókat, amelyekben a hidrogén viszonylag alacsony nyomáson van, "gázmérőknek" nevezzük. A közepes és a kisebb tartályok alkalmasak hidrogén 30 bar nyomáson történő tárolására, míg a legkisebb speciális tartályok (drága speciális acélból vagy szénszállal megerősített kompozit anyagokból készült készülékek) állandó 400 bar nyomást tartanak fenn.

A hidrogén folyékony fázisban is tárolható térfogategységenként -253°C-on, 0-szor több energiát tartalmaz, mint 1,78 bar nyomáson tárolva – az egységnyi térfogatú cseppfolyósított hidrogénben egyenértékű energia eléréséhez a gázt össze kell sűríteni. 700 bar-ig. Éppen a hűtött hidrogén nagyobb energiahatékonysága miatt működik együtt a BMW a német Linde hűtőkonszernnel, amely korszerű kriogén berendezéseket fejlesztett ki a hidrogén cseppfolyósítására és tárolására. A tudósok más, de kevésbé alkalmazható alternatívákat is kínálnak a hidrogén tárolására, például nyomás alatti tárolást speciális fémlisztben fémhidridek formájában stb.

Szállítás

Azokon a területeken, ahol nagy a vegyi üzemek és az olajfinomítók koncentrációja, hidrogénátviteli hálózatot hoztak létre. Általánosságban elmondható, hogy a technológia hasonló a földgázszállításhoz, de ez utóbbi felhasználása a hidrogén szükségleteihez nem mindig lehetséges. Azonban még a múlt században is sok házat világított meg az európai városokban egy könnyű gázvezeték, amely legfeljebb 50% hidrogént tartalmazott és üzemanyagként szolgált az első álló belső égésű motorokhoz. A mai technológia szintje lehetővé teszi a cseppfolyósított hidrogén transzkontinentális transzportját a meglévő kriogén tartályhajókon keresztül, hasonlóan a földgázhoz használtakhoz. Jelenleg a tudósok és mérnökök a legnagyobb reményeket és erőfeszítéseket teszik a folyékony hidrogén cseppfolyósítására és szállítására szolgáló megfelelő technológiák létrehozása terén. Ebben az értelemben éppen ezek a hajók, kriogén vasúti tartályok és teherautók válhatnak az alapjává a jövőbeni hidrogénszállításnak. 2004 áprilisában megnyílt a BMW és a Steyr közösen kifejlesztett első ilyen típusú cseppfolyósított hidrogén töltőállomása a müncheni repülőtér közvetlen közelében. Segítségével a tartályok cseppfolyósított hidrogénnel történő feltöltése teljesen automatikusan, részvétel nélkül és az autó vezetőjét fenyegető kockázat nélkül történik.