BMW reynsluakstur og vetni: hluti eitt

Öskrið yfirvofandi óveður ómaði enn á himninum þegar risastóra flugvélin nálgaðist lendingarstað nálægt New Jersey. 6. maí 1937 fór Hindenburg loftskip sitt fyrsta flug á tímabilinu og tók 97 farþega um borð.

Eftir nokkra daga á risastór blöðra full af vetni að fljúga aftur til Frankfurt am Main. Öll sæti í fluginu hafa löngum verið frátekin af bandarískum ríkisborgurum sem eru fúsir til að verða vitni að krýningu George VI, breska konungs, en örlögin réðu því að þessir farþegar færu aldrei um borð í flugvélarisann.

Stuttu eftir að undirbúningi fyrir lendingu loftskipsins var lokið tók Rosendahl yfirmaður þess eftir eldinum á skrokki þess og eftir nokkrar sekúndur breyttist hinn risastóri bolti í ógnvænlegan fljúgandi stokk og skildu aðeins eftir aumkunarverða málmbrot á jörðinni eftir hálfa aðra ferð. mínútu. Eitt af því sem kemur mest á óvart við þessa sögu er sú hugljúfa staðreynd að margir farþeganna um borð í brennandi loftskipinu náðu á endanum að lifa af.

Greifi Ferdinand von Zeppelin dreymdi um að fljúga í léttari farartæki í lok 1917. aldar, teikna grófa skýringarmynd af léttfylltu flugvél og hefja verkefni til að hagnýta hana. Zeppelin lifði nógu lengi til að sjá sköpun sína koma smám saman inn í líf fólks og lést árið 1923, skömmu áður en land hans tapaði fyrri heimsstyrjöldinni og notkun Versailles var bönnuð á skipum hans. Zeppelínurnar gleymdust í mörg ár en allt breytist aftur á svimandi hraða með valdatöku Hitlers. Hinn nýi yfirmaður Zeppelin, Dr. Hugo Eckner, telur eindregið að fjölda verulegra tæknibreytinga sé krafist við hönnun loftskipa, en helsta þeirra er að skipta um eldfimt og hættulegt vetni fyrir helíum. Því miður gátu Bandaríkjamenn, sem á þeim tíma voru eini framleiðandi þessa stefnumótandi hráefnis, ekki selt helíum til Þýskalands samkvæmt sérstökum lögum sem þingið samþykkti árið 129. Þetta er ástæðan fyrir því að nýja skipið, sem heitir LZ XNUMX, er að lokum eldsneyti með vetni.

Bygging risastórrar nýjar blöðrur úr léttum álblöndur nær næstum 300 metra lengd og hefur um 45 metra þvermál. Risavélin, sem jafngildir Titanic, er knúin fjórum 16 strokka dísilvélum, hver með 1300 hestöfl. Auðvitað missti Hitler ekki af tækifærinu til að breyta „Hindenburg“ í lifandi áróðurstákn Þýskalands nasista og gerði allt sem unnt var til að flýta fyrir því að nýting þess hófst. Fyrir vikið, þegar árið 1936, fór hið „stórbrotna“ loftskip reglulega yfir Atlantshafið.

Í fyrsta fluginu árið 1937 var lendingarstaður í New Jersey troðfullur af spenntum áhorfendum, áhugasömum kynnum, ættingjum og blaðamönnum, sem margir hverjir biðu tímunum saman eftir að stormurinn lægði. Meira að segja útvarpið fjallar um áhugaverðan atburð. Á einhverjum tímapunkti rofnar hin kvíðafulla eftirvænting af þögn ræðumanns, sem eftir smá stund hrópar hysterískt: „Stór eldkúla er að falla af himni! Það er enginn á lífi ... Skipið kviknar skyndilega og lítur samstundis út eins og risastórt brennandi kyndill. Nokkrir farþegar í ofvæni tóku að hoppa úr kláfferjunni til að komast undan skelfilegum eldinum, en hann reyndist banvænn fyrir þá vegna hundrað metra hæðar. Á endanum lifa aðeins nokkrir farþeganna sem bíða eftir að loftskipið nálgist land af en margir þeirra eru illa brenndir. Á einhverjum tímapunkti þoldi skipið ekki skemmdirnar af geislandi eldinum og fóru þúsundir lítra af kjölfestuvatni í boganum að hellast í jörðina. Hindenburg skráir sig hratt, brennandi afturendinn rekst í jörðina og endar í algjörri eyðileggingu á 34 sekúndum. Áfallið af sjónarspilinu hristir mannfjöldann sem safnaðist saman á jörðinni. Á þeim tíma var opinber orsök slyssins talin vera þruma sem olli því að vetni kviknaði, en á undanförnum árum hefur þýskur og bandarískur sérfræðingur haldið því fram afdráttarlaust að harmleikurinn með Hindenburg-skipinu, sem fór í gegnum marga storma án vandræða , var orsök hamfaranna. Eftir fjölmargar athuganir á geymslumyndum komust þeir að þeirri niðurstöðu að eldurinn hafi kviknað vegna eldfimrar málningar sem þekur húð loftskipsins. Eldur í þýsku loftskipi er ein skelfilegasta hörmung mannkynssögunnar og minningin um þennan hræðilega atburð er enn mjög sár fyrir marga. Enn þann dag í dag vekur það að nefna orðin „loftskip“ og „vetni“ hið eldheita helvíti New Jersey, þó að ef það sé „tæmt“ á viðeigandi hátt gæti léttasta og algengasta gasið í náttúrunni verið afar gagnlegt, þrátt fyrir hættulega eiginleika þess. Að sögn fjölda vísindamanna nútímans stendur hið raunverulega vetnistímabil enn yfir, þó að á sama tíma sé hinn stóri hluti vísindasamfélagsins efins um slíkar öfgakenndar birtingarmyndir bjartsýni. Meðal bjartsýnismanna sem styðja fyrstu tilgátuna og dyggustu stuðningsmanna vetnishugmyndarinnar hljóta að sjálfsögðu að vera Bæjarar frá BMW. Þýska bílafyrirtækið er líklega best meðvitað um óumflýjanlegar áskoranir á leiðinni til vetnishagkerfis og sigrast umfram allt á erfiðleikunum við umskipti úr kolvetniseldsneyti yfir í vetni.

Metnaður

Sjálf hugmyndin um að nota eldsneyti sem er jafn umhverfisvænt og ótæmandi og eldsneytisbirgðir hljómar eins og töfrar fyrir mannkyn í viðjum orkubaráttu. Í dag eru fleiri en eitt eða tvö „vetnissamfélög“ sem hafa það hlutverk að stuðla að jákvæðu viðhorfi til ljósgass og skipuleggja stöðugt fundi, málþing og sýningar. Dekkjafyrirtækið Michelin fjárfestir til dæmis mikið í að skipuleggja hina sívinsælu Michelin Challenge Bibendum, alþjóðlegan vettvang með áherslu á vetni fyrir sjálfbært eldsneyti og bíla.

Hins vegar er bjartsýnin sem stafar af ræðum á slíkum vettvangi enn ekki nóg til að framkvæma hina dásamlegu vetnisidyllu í raun og veru, og inn í vetnishagkerfið er óendanlega flókið og óframkvæmanlegt atvik á þessu tæknistigi í þróun siðmenningar.

Undanfarið hefur mannkynið hins vegar leitast við að nota fleiri og fleiri aðra orkugjafa, þ.e. vetni getur orðið mikilvæg brú til að geyma sólarorku, vind, vatn og lífmassaorku og umbreytt því í efnaorku. ... Í einföldu máli þýðir þetta að rafmagnið sem framleitt er af þessum náttúrulegu uppsprettum er ekki hægt að geyma í miklu magni heldur er hægt að nota það til að framleiða vetni með því að brjóta niður vatn í súrefni og vetni.

Þótt það hljómi undarlega þá eru sum olíufélög meðal helstu talsmanna þessa kerfis, þar á meðal er breski olíurisinn BP sem er samkvæmastur, sem hefur sérstaka fjárfestingarstefnu fyrir verulegar fjárfestingar á þessu sviði. Auðvitað er líka hægt að vinna vetni úr óendurnýjanlegum kolvetnisuppsprettum, en í þessu tilviki verður mannkynið að leita lausnar á því vandamáli að geyma koltvísýring sem fæst í þessu ferli. Það er óumdeilanleg staðreynd að tæknileg vandamál vetnisframleiðslu, geymslu og flutninga eru leysanleg - í reynd er þetta gas þegar framleitt í miklu magni og notað sem hráefni í efna- og jarðolíuiðnaði. Í þessum tilfellum er hinn mikli kostnaður við vetni hins vegar ekki banvænn, þar sem það „bráðnar“ í háan kostnað afurðanna sem það tekur þátt í.

Hins vegar er spurningin um að nota ljósgas sem orkugjafa nokkuð flóknari. Vísindamenn hafa lengi verið að leita að mögulegum stefnumótandi valkosti í stað eldsneytisolíu og hafa hingað til komist að þeirri skoðun að vetni sé það umhverfisvænasta og fáanlegt í nægri orku. Aðeins hann uppfyllir allar nauðsynlegar kröfur fyrir snurðulaus umskipti yfir í breytingu á núverandi ástandi. Að baki öllum þessum ávinningi er einföld en mjög mikilvæg staðreynd - vinnsla og notkun vetnis snýst um náttúrulega hringrás vatnsblöndunar og niðurbrots... Ef mannkynið bætir framleiðsluaðferðir með því að nota náttúrulegar uppsprettur eins og sólarorku, vind og vatn, er hægt að framleiða vetni og nota í ótakmörkuðu magni án þess að losa skaðlega útblástur. Sem endurnýjanlegur orkugjafi hefur vetni lengi verið afrakstur mikilvægra rannsókna í ýmsum verkefnum í Norður-Ameríku, Evrópu og Japan. Þeir síðarnefndu eru aftur á móti hluti af vinnu við margvísleg sameiginleg verkefni sem miða að því að skapa fullkomna vetnisinnviði, þar á meðal framleiðslu, geymslu, flutning og dreifingu. Oft fylgir þessari þróun verulegar ríkisstyrkir og byggir á alþjóðlegum samningum. Í nóvember 2003 var til dæmis undirritaður alþjóðlegur samstarfssamningur um vetnishagkerfi sem tekur til stærstu iðnvæddu ríkja heims eins og Ástralíu, Brasilíu, Kanada, Kína, Frakklandi, Þýskalandi, Íslandi, Indlandi, Ítalíu og Japan. , Noregi, Kóreu, Rússlandi, Bretlandi, Bandaríkjunum og framkvæmdastjórn Evrópusambandsins. Tilgangur þessarar alþjóðlegu samvinnu er "að skipuleggja, örva og sameina krafta ýmissa stofnana á leiðinni til vetnistímabilsins, auk þess að styðja við gerð tækni til framleiðslu, geymslu og dreifingar vetnis."

Möguleg leið að notkun þessa umhverfisvæna eldsneytis í bílageiranum getur verið tvíþætt. Annað þeirra er tæki sem kallast "eldsneytisfrumur", þar sem efnasamsetning vetnis og súrefnis úr loftinu losar rafmagn, og hitt er þróun tækni til að nota fljótandi vetni sem eldsneyti í strokkum klassískrar brunavélar. . Önnur stefnan er sálfræðilega nær bæði neytendum og bílafyrirtækjum og BMW er bjartasti stuðningsmaður hennar.

Framleiðsla

Núna eru meira en 600 milljarðar rúmmetrar af hreinu vetni framleiddir um allan heim. Helsta hráefnið til framleiðslu þess er jarðgas, sem er unnið í ferli sem kallast „umbætur“. Minni magn af vetni er endurheimt með öðrum ferlum eins og rafgreiningu á klórsamböndum, oxun að hluta til þungolíu, kolgasun, kolabrennslu til að framleiða koks og bensínumbót. Um það bil helmingur af vetnisframleiðslu heimsins er notaður til myndun ammoníaks (sem er notað sem hráefni við framleiðslu áburðar), í olíuhreinsun og í myndun metanóls. Þessi framleiðslukerfi íþyngir umhverfinu í mismiklum mæli og því miður býður ekkert þeirra upp á þýðingarmikinn valkost við núverandi orkustöðu - í fyrsta lagi vegna þess að þau nota óendurnýjanlega orkugjafa og í öðru lagi vegna þess að sú framleiðsla losar óæskileg efni eins og kolefni. díoxíð, sem er aðal sökudólgurinn. Gróðurhúsaáhrif. Áhugaverð tillaga til að leysa þetta vandamál kom nýlega fram af vísindamönnum sem styrktir eru af Evrópusambandinu og þýska ríkinu, sem hafa búið til svokallaða „bindingar“ tækni, þar sem koltvísýringi sem myndast við framleiðslu vetnis úr jarðgasi er dælt inn í gömul tæmd tún. olíu, jarðgas eða kol. Hins vegar er þetta ferli ekki auðvelt í framkvæmd, þar sem hvorki olíu- né gassvæði eru raunveruleg holrými í jarðskorpunni, heldur eru þau oftast gljúp sandi mannvirki.

Efnilegasta framtíðaraðferðin til að framleiða vetni er áfram niðurbrot vatns með rafmagni, þekkt síðan í grunnskóla. Meginreglan er afar einföld - rafspenna er sett á tvö rafskaut sem sökkt er í vatnsbað, á meðan jákvætt hlaðnar vetnisjónir fara í neikvæða rafskautið og neikvætt hlaðnar súrefnisjónir fara í það jákvæða. Í reynd eru nokkrar helstu aðferðir notaðar við þetta rafefnafræðilega niðurbrot vatns - "basísk rafgreining", "himnu rafgreining", "háþrýstings rafgreining" og "háhita rafgreining".

Allt væri fullkomið ef einfaldur deilingarreikningur truflaði ekki hið afar mikilvæga vandamál um uppruna þess rafmagns sem þarf í þessu skyni. Staðreyndin er sú að um þessar mundir losar framleiðsla þess óhjákvæmilega frá sér skaðlegar aukaafurðir sem eru mismunandi eftir því hvernig til er farið og umfram allt er framleiðsla á raforku óhagkvæmt og mjög dýrt ferli.

Að brjóta illskuna og loka hringrás hreinnar orku er eins og er aðeins mögulegt þegar notuð er náttúruleg og sérstaklega sólarorka til að framleiða rafmagn sem þarf til að brjóta niður vatn. Að leysa þetta vandamál mun án efa þurfa mikinn tíma, peninga og fyrirhöfn, en víða um heim er raforkuframleiðsla með þessum hætti þegar orðin staðreynd.

BMW tekur til dæmis virkan þátt í sköpun og þróun sólarorkuvera. Orkuverið, sem byggt er í smábænum Neuburg í Bæjaralandi, notar ljósafhlöður til að framleiða orku sem framleiðir vetni. Kerfi sem nota sólarorku til að hita vatn eru sérlega áhugaverð, segja verkfræðingar fyrirtækisins, og gufan sem af því hlýst knýr raforkuframleiðendur - slíkar sólarverur eru nú þegar starfræktar í Mojave eyðimörkinni í Kaliforníu, sem framleiðir 354 MW af rafmagni. Vindorka verður einnig sífellt mikilvægari, þar sem vindorkuver við strendur landa eins og Bandaríkjanna, Þýskalands, Hollands, Belgíu og Írlands gegna æ mikilvægara efnahagslegu hlutverki. Það eru líka fyrirtæki sem vinna vetni úr lífmassa í mismunandi heimshlutum.

Geymsla

Hægt er að geyma vetni í miklu magni bæði í gas- og fljótandi stigum. Stærstu lónin, þar sem vetni er við tiltölulega lágan þrýsting, eru kölluð „gasmælar“. Miðlungs og smærri tankar eru hentugir til að geyma vetni við þrýstinginn 30 bar, en minnstu sérstöku tankarnir (dýr tæki úr sérstökum stáli eða samsettum efnum styrkt með koltrefjum) halda stöðugum þrýstingi upp á 400 bar.

Vetni er einnig hægt að geyma í fljótandi fasa við -253°C á rúmmálseiningu, sem inniheldur 0 sinnum meiri orku en þegar það er geymt við 1,78 bör - til að ná jafngildi orku í fljótandi vetni á rúmmálseiningu þarf að þjappa gasinu upp í 700 bör. Það er einmitt vegna meiri orkunýtni kælds vetnis sem BMW er í samstarfi við þýska kælifyrirtækið Linde, sem hefur þróað nútímaleg frystitæki til að vökva og geyma vetni. Vísindamenn bjóða einnig upp á aðra, en síður viðeigandi, valkosti við vetnisgeymslu, til dæmis geymslu undir þrýstingi í sérstöku málmmjöli í formi málmhýdríða o.fl.

Samgöngur

Á svæðum með mikinn styrk efnaverksmiðja og olíuhreinsunarstöðva hefur þegar verið komið á vetnisflutningsneti. Almennt er tæknin svipuð flutningi á náttúrulegu gasi, en notkun þess síðarnefnda til þarfa vetnis er ekki alltaf möguleg. En jafnvel á síðustu öld voru mörg hús í borgum Evrópu upplýst með ljósbensínleiðslu, sem innihélt allt að 50% vetni og var notað sem eldsneyti í fyrstu kyrrstöðu brunahreyflana. Tæknistig nútímans leyfir einnig flutning á fljótandi vetni á meginlandi meginlöndum með núverandi kryógenflutningaskipum, svipað og notuð eru fyrir jarðgas. Um þessar mundir gera vísindamenn og verkfræðingar mestar vonir og viðleitni á því sviði að búa til fullnægjandi tækni til fljótunar og flutnings fljótandi vetnis. Að þessu leyti eru það þessi skip, kryógen járnbrautartankar og flutningabílar sem geta orðið grundvöllur framtíðar vetnisflutninga. Í apríl 2004 var fyrsta sinnar tegundar bensínstöð fyrir fljótandi vetni, þróuð sameiginlega af BMW og Steyr, í næsta nágrenni München flugvallar. Með hjálp þess er fyllt skriðdreka af fljótandi vetni að fullu sjálfkrafa, án þátttöku og án áhættu fyrir ökumann bílsins.