Test drive BMW dan hidrogen: bagian satu

Deru badai yang akan datang masih bergema di langit saat pesawat besar itu mendekati lokasi pendaratan di dekat New Jersey. Pada 6 Mei 1937, pesawat Hindenburg melakukan penerbangan pertamanya musim ini, membawa 97 penumpang ke dalamnya.

Dalam beberapa hari, balon besar berisi hidrogen akan terbang kembali ke Frankfurt am Main. Semua kursi dalam penerbangan telah lama dipesan oleh warga Amerika yang ingin menyaksikan penobatan Raja Inggris George VI, tetapi takdir memutuskan bahwa penumpang ini tidak akan pernah naik pesawat raksasa tersebut.

Tak lama setelah selesainya persiapan pendaratan pesawat, komandannya Rosendahl memperhatikan nyala api di lambungnya, dan setelah beberapa detik bola besar itu berubah menjadi balok terbang yang tidak menyenangkan, hanya menyisakan pecahan logam yang menyedihkan di tanah setelah setengahnya. menit. Salah satu hal yang paling mengejutkan tentang cerita ini adalah fakta yang mengharukan bahwa banyak penumpang di dalam pesawat yang terbakar itu akhirnya berhasil selamat.

Count Ferdinand von Zeppelin bermimpi terbang dengan kendaraan yang lebih ringan dari udara pada akhir abad ke-1917, membuat sketsa diagram kasar pesawat ringan berisi gas dan meluncurkan proyek untuk implementasi praktisnya. Zeppelin hidup cukup lama untuk melihat ciptaannya secara bertahap memasuki kehidupan manusia, dan meninggal pada tahun 1923, tak lama sebelum negaranya kalah dalam Perang Dunia I, dan penggunaan kapalnya dilarang oleh Perjanjian Versailles. Zeppelin dilupakan selama bertahun-tahun, tetapi semuanya berubah lagi dengan kecepatan yang memusingkan dengan datangnya kekuasaan Hitler. Kepala Zeppelin yang baru, Dr.Hugo Eckner, sangat yakin bahwa sejumlah perubahan teknologi yang signifikan diperlukan dalam desain kapal udara, salah satunya adalah penggantian hidrogen yang mudah terbakar dan berbahaya dengan helium. Sayangnya, bagaimanapun, Amerika Serikat, yang pada saat itu merupakan satu-satunya produsen bahan mentah strategis ini, tidak dapat menjual helium ke Jerman berdasarkan undang-undang khusus yang disahkan oleh Kongres pada tahun 129. Inilah sebabnya mengapa kapal baru, yang diberi nama LZ XNUMX, akhirnya berbahan bakar hidrogen.

Konstruksi balon baru yang sangat besar yang terbuat dari paduan aluminium ringan mencapai panjang hampir 300 meter dan memiliki diameter sekitar 45 meter. Pesawat raksasa yang setara dengan Titanic ini didukung oleh empat mesin diesel 16 silinder, masing-masing berkekuatan 1300 hp. Tentu saja, Hitler tidak melewatkan kesempatan untuk mengubah "Hindenburg" menjadi simbol propaganda yang hidup dari Nazi Jerman dan melakukan segala kemungkinan untuk mempercepat dimulainya eksploitasi. Akibatnya, pada tahun 1936, pesawat "spektakuler" tersebut melakukan penerbangan transatlantik reguler.

Pada penerbangan pertama pada tahun 1937, lokasi pendaratan New Jersey dipenuhi oleh penonton yang bersemangat, pertemuan yang antusias, kerabat dan jurnalis, banyak di antaranya menunggu berjam-jam hingga badai mereda. Bahkan radio meliput acara yang menarik. Pada titik tertentu, penantian cemas itu diinterupsi oleh keheningan pembicara, yang, setelah beberapa saat, berteriak histeris: “Bola api besar jatuh dari langit! Tidak ada yang hidup ... Kapal tiba-tiba menyala dan langsung terlihat seperti obor raksasa yang menyala. Beberapa penumpang yang panik mulai melompat dari gondola untuk menghindari api yang mengerikan, namun ternyata berakibat fatal bagi mereka karena tingginya seratus meter. Pada akhirnya, hanya sedikit penumpang yang menunggu pesawat mendekati daratan yang selamat, tetapi banyak dari mereka yang terbakar parah. Pada titik tertentu, kapal tidak dapat menahan kerusakan akibat amukan api, dan ribuan liter air pemberat di haluan mulai mengalir ke tanah. Hindenburg mendaftar dengan cepat, bagian belakang yang terbakar menabrak tanah dan berakhir dengan kehancuran total dalam 34 detik. Kejutan dari tontonan itu mengguncang kerumunan yang berkumpul di tanah. Pada saat itu, penyebab resmi kecelakaan itu dianggap sebagai guntur, yang menyebabkan penyalaan hidrogen, tetapi dalam beberapa tahun terakhir, seorang ahli Jerman dan Amerika dengan tegas menyatakan bahwa tragedi dengan kapal Hindenburg, yang melewati banyak badai tanpa masalah. , adalah penyebab bencana. Setelah banyak mengamati rekaman arsip, mereka sampai pada kesimpulan bahwa kebakaran terjadi karena cat yang mudah terbakar menutupi kulit pesawat. Kebakaran pesawat Jerman adalah salah satu bencana paling menyeramkan dalam sejarah umat manusia, dan ingatan akan peristiwa mengerikan ini masih sangat menyakitkan bagi banyak orang. Bahkan saat ini, penyebutan kata "pesawat" dan "hidrogen" membangkitkan api neraka di New Jersey, meskipun jika "dijinakkan" dengan tepat, gas paling ringan dan paling melimpah di alam bisa sangat berguna, meskipun berbahaya. Menurut sejumlah besar ilmuwan modern, era hidrogen yang sebenarnya masih berlangsung, meskipun pada saat yang sama, sebagian besar komunitas ilmiah lainnya skeptis terhadap manifestasi optimisme yang ekstrem tersebut. Di antara orang-orang optimis yang mendukung hipotesis pertama dan pendukung paling setia dari ide hidrogen, tentu saja orang Bavaria dari BMW. Perusahaan otomotif Jerman mungkin paling menyadari tantangan yang tak terelakkan di jalan menuju ekonomi hidrogen dan, yang terpenting, mengatasi kesulitan dalam transisi dari bahan bakar hidrokarbon ke hidrogen.

Ambisi

Gagasan untuk menggunakan bahan bakar yang ramah lingkungan dan tidak habis-habisnya sebagai cadangan bahan bakar terdengar seperti keajaiban bagi umat manusia yang berada dalam cengkeraman perebutan energi. Saat ini, ada lebih dari satu atau dua "perkumpulan hidrogen" yang misinya adalah mempromosikan sikap positif terhadap gas ringan dan terus-menerus menyelenggarakan pertemuan, simposium, dan pameran. Perusahaan ban Michelin, misalnya, banyak berinvestasi dalam menyelenggarakan Michelin Challenge Bibendum yang semakin populer, sebuah forum global yang berfokus pada hidrogen untuk bahan bakar dan mobil berkelanjutan.

Namun, optimisme yang muncul dari pidato di forum semacam itu masih belum cukup untuk implementasi praktis dari idyll hidrogen yang luar biasa, dan memasuki ekonomi hidrogen adalah peristiwa yang sangat kompleks dan tidak praktis pada tahap teknologi dalam perkembangan peradaban ini.

Namun belakangan ini, umat manusia telah berusaha untuk menggunakan lebih banyak sumber energi alternatif, yaitu, hidrogen dapat menjadi jembatan penting untuk menyimpan energi matahari, angin, air dan biomassa, mengubahnya menjadi energi kimia. ... Secara sederhana, ini berarti listrik yang dihasilkan oleh sumber-sumber alam ini tidak dapat disimpan dalam volume besar, tetapi dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen dengan cara memecah air menjadi oksigen dan hidrogen.

Aneh kedengarannya, beberapa perusahaan minyak termasuk di antara pendukung utama skema ini, di antaranya yang paling konsisten adalah raksasa minyak Inggris BP, yang memiliki strategi investasi khusus untuk investasi signifikan di bidang ini. Tentu saja, hidrogen juga dapat diekstraksi dari sumber hidrokarbon yang tidak terbarukan, tetapi dalam hal ini umat manusia harus mencari solusi untuk masalah penyimpanan karbon dioksida yang diperoleh dalam proses ini. Merupakan fakta yang tak terbantahkan bahwa masalah teknologi produksi, penyimpanan, dan transportasi hidrogen dapat diselesaikan - dalam praktiknya, gas ini sudah diproduksi dalam jumlah besar dan digunakan sebagai bahan baku di industri kimia dan petrokimia. Namun, dalam kasus ini, biaya tinggi hidrogen tidak fatal, karena ia "meleleh" ke dalam biaya tinggi produk yang disintesisnya.

Namun, pertanyaan tentang penggunaan gas ringan sebagai sumber energi agak lebih rumit. Para ilmuwan telah memeras otak mereka untuk waktu yang lama mencari alternatif strategis yang mungkin untuk bahan bakar minyak, dan sejauh ini mereka sampai pada pendapat bulat bahwa hidrogen adalah yang paling ramah lingkungan dan energi yang tersedia cukup. Hanya dia yang memenuhi semua persyaratan yang diperlukan untuk kelancaran transisi ke perubahan status quo saat ini. Yang mendasari semua manfaat ini adalah fakta sederhana namun sangat penting – ekstraksi dan penggunaan hidrogen berputar di sekitar siklus alami peracikan dan penguraian air… Jika umat manusia meningkatkan metode produksi menggunakan sumber alami seperti energi matahari, angin, dan air, hidrogen dapat diproduksi dan gunakan dalam jumlah tak terbatas tanpa mengeluarkan emisi berbahaya. Sebagai sumber energi terbarukan, hidrogen telah lama menjadi hasil penelitian yang signifikan dalam berbagai program di Amerika Utara, Eropa, dan Jepang. Yang terakhir, pada gilirannya, adalah bagian dari pekerjaan pada berbagai proyek bersama yang bertujuan untuk menciptakan infrastruktur hidrogen yang lengkap, termasuk produksi, penyimpanan, transportasi, dan distribusi. Seringkali perkembangan ini disertai dengan subsidi pemerintah yang signifikan dan didasarkan pada perjanjian internasional. Pada November 2003, misalnya, Perjanjian Kemitraan Ekonomi Hidrogen Internasional ditandatangani, yang mencakup negara-negara industri terbesar di dunia seperti Australia, Brasil, Kanada, Cina, Prancis, Jerman, Islandia, India, Italia, dan Jepang. , Norwegia, Korea, Rusia, Inggris, AS, dan Komisi Eropa. Tujuan dari kerja sama internasional ini adalah "untuk mengatur, merangsang, dan menyatukan upaya berbagai organisasi menuju era hidrogen, serta mendukung penciptaan teknologi untuk produksi, penyimpanan, dan distribusi hidrogen."

Kemungkinan jalur penggunaan bahan bakar ramah lingkungan ini di sektor otomotif bisa dua kali lipat. Salah satunya adalah perangkat yang dikenal sebagai "sel bahan bakar", di mana kombinasi kimiawi hidrogen dengan oksigen dari udara melepaskan listrik, dan yang kedua adalah pengembangan teknologi untuk menggunakan hidrogen cair sebagai bahan bakar dalam silinder mesin pembakaran internal klasik. . Arah kedua secara psikologis lebih dekat dengan konsumen dan perusahaan mobil, dan BMW adalah pendukungnya yang paling cemerlang.

Produksi

Saat ini, lebih dari 600 miliar meter kubik hidrogen murni diproduksi di seluruh dunia. Bahan baku utama produksinya adalah gas alam, yang diproses dalam proses yang disebut "reforming". Sejumlah kecil hidrogen diperoleh kembali dengan proses lain seperti elektrolisis senyawa klorin, oksidasi parsial minyak berat, gasifikasi batu bara, pirolisis batu bara untuk menghasilkan kokas, dan reformasi bensin. Sekitar setengah dari produksi hidrogen dunia digunakan untuk sintesis amonia (yang digunakan sebagai bahan baku dalam produksi pupuk), dalam penyulingan minyak dan dalam sintesis metanol. Skema produksi ini membebani lingkungan dengan derajat yang berbeda-beda, dan, sayangnya, tidak satu pun dari mereka menawarkan alternatif yang berarti untuk status quo energi saat ini - pertama, karena mereka menggunakan sumber yang tidak terbarukan, dan kedua, karena produksi itu melepaskan zat yang tidak diinginkan seperti karbon. dioksida, yang merupakan penyebab utama. Efek rumah kaca. Proposal menarik untuk mengatasi masalah ini baru-baru ini dibuat oleh para peneliti yang didanai oleh Uni Eropa dan pemerintah Jerman, yang telah menciptakan apa yang disebut teknologi "sequestration", di mana karbon dioksida yang dihasilkan selama produksi hidrogen dari gas alam dipompa ke dalam ladang tua yang habis. minyak bumi, gas alam atau batu bara. Namun, proses ini tidak mudah diimplementasikan, karena baik ladang minyak maupun gas bukanlah rongga sejati di kerak bumi, tetapi paling sering merupakan struktur berpasir yang berpori.

Metode masa depan yang paling menjanjikan untuk menghasilkan hidrogen adalah penguraian air oleh listrik, yang dikenal sejak sekolah dasar. Prinsipnya sangat sederhana - tegangan listrik diterapkan ke dua elektroda yang direndam dalam bak air, sementara ion hidrogen bermuatan positif menuju ke elektroda negatif, dan ion oksigen bermuatan negatif menuju ke elektroda positif. Dalam praktiknya, beberapa metode utama digunakan untuk dekomposisi elektrokimia air ini - "elektrolisis alkali", "elektrolisis membran", "elektrolisis tekanan tinggi", dan "elektrolisis suhu tinggi".

Semuanya akan sempurna jika aritmatika pembagian sederhana tidak mengganggu masalah yang sangat penting tentang asal usul listrik yang dibutuhkan untuk tujuan ini. Faktanya adalah bahwa saat ini, produksinya pasti mengeluarkan produk sampingan yang berbahaya, yang jumlah dan jenisnya bervariasi tergantung cara pembuatannya, dan, yang terpenting, produksi listrik adalah proses yang tidak efisien dan sangat mahal.

Memutus kejahatan dan menutup siklus energi bersih saat ini hanya mungkin bila menggunakan energi alam dan terutama energi matahari untuk menghasilkan listrik yang dibutuhkan untuk menguraikan air. Memecahkan masalah ini tidak diragukan lagi akan membutuhkan banyak waktu, uang dan tenaga, tetapi di banyak belahan dunia, menghasilkan listrik dengan cara ini sudah menjadi fakta.

BMW, misalnya, berperan aktif dalam pembuatan dan pengembangan pembangkit listrik tenaga surya. Pembangkit listrik, yang dibangun di kota kecil Neuburg, Bavaria, menggunakan sel fotovoltaik untuk menghasilkan energi yang menghasilkan hidrogen. Sistem yang menggunakan energi matahari untuk memanaskan air sangat menarik, kata para insinyur perusahaan, dan pembangkit listrik tenaga uap yang dihasilkan - pembangkit tenaga surya semacam itu sudah beroperasi di Gurun Mojave di California, yang menghasilkan listrik 354 MW. Tenaga angin juga menjadi semakin penting, dengan ladang angin di pantai negara-negara seperti AS, Jerman, Belanda, Belgia, dan Irlandia memainkan peran ekonomi yang semakin penting. Ada juga perusahaan yang mengekstraksi hidrogen dari biomassa di berbagai belahan dunia.

Lokasi penyimpanan

Hidrogen dapat disimpan dalam jumlah banyak baik dalam fase gas maupun cair. Waduk terbesar ini, di mana hidrogen berada pada tekanan yang relatif rendah, disebut "meteran gas". Tangki menengah dan kecil cocok untuk menyimpan hidrogen pada tekanan 30 bar, sedangkan tangki khusus terkecil (perangkat mahal yang terbuat dari baja khusus atau bahan komposit yang diperkuat dengan serat karbon) mempertahankan tekanan konstan 400 bar.

Hidrogen juga dapat disimpan dalam fase cair pada -253°C per satuan volume, mengandung energi 0 kali lebih banyak daripada saat disimpan pada 1,78 bar – untuk mencapai jumlah energi yang setara dalam hidrogen cair per satuan volume, gas harus dikompresi menjadi 700 bar. Justru karena efisiensi energi yang lebih tinggi dari hidrogen yang didinginkan, BMW bekerja sama dengan perusahaan pendingin Jerman, Linde, yang telah mengembangkan perangkat kriogenik modern untuk mencairkan dan menyimpan hidrogen. Para ilmuwan juga menawarkan alternatif lain, tetapi kurang dapat diterapkan, untuk penyimpanan hidrogen, misalnya penyimpanan di bawah tekanan dalam tepung logam khusus dalam bentuk hidrida logam, dll.

Angkutan

Di area dengan konsentrasi tinggi pabrik kimia dan kilang minyak, jaringan transmisi hidrogen telah dibangun. Secara umum, teknologinya mirip dengan transportasi gas alam, tetapi penggunaan yang terakhir untuk kebutuhan hidrogen tidak selalu memungkinkan. Namun, bahkan pada abad terakhir, banyak rumah di kota-kota Eropa diterangi oleh pipa gas ringan, yang mengandung hingga 50% hidrogen dan digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin pembakaran internal stasioner pertama. Tingkat teknologi saat ini juga memungkinkan pengangkutan hidrogen cair antarbenua melalui tanker kriogenik yang ada, serupa dengan yang digunakan untuk gas alam. Saat ini, para ilmuwan dan insinyur membuat harapan dan upaya terbesar di bidang menciptakan teknologi yang memadai untuk pencairan dan transportasi hidrogen cair. Dalam pengertian ini, kapal-kapal, tangki dan truk kereta api kriogenik inilah yang dapat menjadi dasar pengangkutan hidrogen di masa depan. Pada bulan April 2004, stasiun pengisian bahan bakar hidrogen cair pertama dari jenisnya, yang dikembangkan bersama oleh BMW dan Steyr, dibuka di sekitar Bandara Munich. Dengan bantuannya, pengisian tangki dengan hidrogen cair dilakukan sepenuhnya secara otomatis, tanpa partisipasi dan tanpa risiko bagi pengemudi mobil.