Test drive BMW e idrogeno: prima parte

Il ruggito della tempesta imminente riecheggiava ancora nel cielo mentre l'enorme aereo si avvicinava al punto di atterraggio vicino al New Jersey. Il 6 maggio 1937, il dirigibile Hindenburg fece il suo primo volo della stagione, portando a bordo 97 passeggeri.

Tra pochi giorni un enorme pallone pieno di idrogeno dovrebbe tornare a Francoforte sul Meno. Tutti i posti sul volo sono stati a lungo riservati da cittadini americani desiderosi di assistere all'incoronazione del re britannico Giorgio VI, ma il destino decretò che questi passeggeri non sarebbero mai saliti a bordo del gigante aereo.

Poco dopo il completamento dei preparativi per l'atterraggio del dirigibile, il suo comandante Rosendahl notò le fiamme sullo scafo, e dopo pochi secondi l'enorme palla si trasformò in un minaccioso tronco volante, lasciando a terra solo pietosi frammenti di metallo dopo un'altra metà minuto. Una delle cose più sorprendenti di questa storia è il fatto commovente che molti dei passeggeri a bordo del dirigibile in fiamme alla fine sono riusciti a sopravvivere.

Il conte Ferdinand von Zeppelin sognava di volare in un veicolo più leggero dell'aria alla fine del XIX secolo, tracciando un diagramma approssimativo di un aereo leggero a gas e lanciando progetti per la sua attuazione pratica. Zeppelin visse abbastanza a lungo da vedere la sua creazione entrare gradualmente nella vita delle persone, e morì nel 1917, poco prima che il suo paese perdesse la prima guerra mondiale e l'uso delle sue navi fosse proibito dal Trattato di Versailles. Gli Zeppelin sono stati dimenticati per molti anni, ma tutto cambia di nuovo a una velocità vertiginosa con l'avvento al potere di Hitler. Il nuovo capo dello Zeppelin, il dottor Hugo Eckner, è fermamente convinto che una serie di significativi cambiamenti tecnologici siano necessari nella progettazione dei dirigibili, la principale delle quali è la sostituzione dell'idrogeno infiammabile e pericoloso con l'elio. Purtroppo, però, gli Stati Uniti, che all'epoca erano l'unico produttore di questa materia prima strategica, non potevano vendere l'elio alla Germania ai sensi di una legge speciale approvata dal Congresso nel 1923. Questo è il motivo per cui la nuova nave, designata LZ 129, viene infine alimentata con idrogeno.

La costruzione di un nuovo enorme pallone in leghe leggere di alluminio raggiunge una lunghezza di quasi 300 metri e ha un diametro di circa 45 metri. L'aereo gigante, equivalente al Titanic, è alimentato da quattro motori diesel a 16 cilindri, ciascuno da 1300 CV. Naturalmente, Hitler non ha perso l'opportunità di trasformare l '"Hindenburg" in un vivido simbolo di propaganda della Germania nazista e ha fatto tutto il possibile per accelerare l'inizio del suo sfruttamento. Di conseguenza, già nel 1936 il dirigibile "spettacolare" effettuava regolari voli transatlantici.

Durante il primo volo del 1937, il sito di atterraggio nel New Jersey era gremito di spettatori entusiasti, incontri entusiasti, parenti e giornalisti, molti dei quali hanno atteso per ore che la tempesta si placasse. Anche la radio copre un evento interessante. Ad un certo punto, l'attesa ansiosa viene interrotta dal silenzio dell'oratore, che, dopo un attimo, grida istericamente: “Un'enorme palla di fuoco sta cadendo dal cielo! Non c'è nessuno vivo ... La nave si illumina improvvisamente e sembra immediatamente una gigantesca torcia accesa. Alcuni passeggeri in preda al panico iniziarono a saltare dalla gondola per sfuggire al terrificante incendio, che però si rivelò loro fatale a causa dell'altezza di cento metri. Alla fine, sopravvivono solo pochi dei passeggeri che aspettano che il dirigibile si avvicini alla terraferma, ma molti di loro sono gravemente ustionati. Ad un certo punto, la nave non ha resistito ai danni del furioso incendio e migliaia di litri di acqua di zavorra a prua hanno iniziato a riversarsi nel terreno. L'Hindenburg scivola rapidamente, la parte posteriore in fiamme si schianta al suolo e finisce in completa distruzione in 34 secondi. Lo shock dello spettacolo scuote la folla ammassata a terra. A quel tempo, la causa ufficiale dell'incidente era considerata un tuono, che ha causato l'accensione dell'idrogeno, ma negli ultimi anni un esperto tedesco e americano sostiene categoricamente che la tragedia con la nave Hindenburg, che ha attraversato senza problemi molte tempeste , è stata la causa del disastro. Dopo numerose osservazioni di filmati d'archivio, sono giunti alla conclusione che l'incendio è scoppiato a causa della vernice combustibile che ricopriva la pelle del dirigibile. L'incendio di un dirigibile tedesco è uno dei disastri più sinistri nella storia dell'umanità e il ricordo di questo terribile evento è ancora molto doloroso per molti. Ancora oggi la menzione delle parole "aeronave" e "idrogeno" evoca l'inferno di fuoco del New Jersey, anche se se "addomesticato" opportunamente, il gas più leggero e abbondante in natura potrebbe essere estremamente utile, nonostante le sue proprietà pericolose. Secondo un gran numero di scienziati moderni, la vera era dell'idrogeno è ancora in corso, anche se, allo stesso tempo, l'altra grande parte della comunità scientifica è scettica su tali manifestazioni estreme di ottimismo. Tra gli ottimisti che sostengono la prima ipotesi ei più strenui sostenitori dell'idea dell'idrogeno, ovviamente, ci devono essere i bavaresi della BMW. L'azienda automobilistica tedesca è probabilmente la più consapevole delle inevitabili sfide sulla strada per un'economia dell'idrogeno e, soprattutto, supera le difficoltà nella transizione dai carburanti a base di idrocarburi all'idrogeno.

Ambizione

L'idea stessa di utilizzare un combustibile ecologico e inesauribile come le riserve di carburante suona come una magia per un'umanità in preda a una lotta energetica. Oggi esistono più di una o due "società dell'idrogeno" la cui missione è promuovere un atteggiamento positivo nei confronti del gas leggero e organizzare costantemente incontri, simposi e mostre. L'azienda di pneumatici Michelin, ad esempio, sta investendo molto nell'organizzazione del sempre più popolare Michelin Challenge Bibendum, un forum globale incentrato sull'idrogeno per carburanti e automobili sostenibili.

Tuttavia, l'ottimismo che emana dai discorsi in tali forum non è ancora sufficiente per l'attuazione pratica di un meraviglioso idillio dell'idrogeno, e l'ingresso nell'economia dell'idrogeno è un evento infinitamente complesso e impraticabile in questa fase tecnologica dello sviluppo della civiltà.

Di recente, tuttavia, l'umanità si è sforzata di utilizzare sempre più fonti energetiche alternative, ovvero l'idrogeno può diventare un importante ponte per immagazzinare energia solare, eolica, idrica e da biomasse, convertendola in energia chimica. ... In termini semplici, ciò significa che l'elettricità prodotta da queste fonti naturali non può essere immagazzinata in grandi volumi, ma può essere utilizzata per produrre idrogeno scomponendo l'acqua in ossigeno e idrogeno.

Per quanto strano possa sembrare, alcune compagnie petrolifere sono tra i principali fautori di questo schema, tra cui il più consistente è il colosso petrolifero britannico BP, che ha una strategia di investimento specifica per investimenti significativi in ​​questo settore. Certo, l'idrogeno può essere estratto anche da fonti di idrocarburi non rinnovabili, ma in questo caso l'umanità deve cercare una soluzione al problema dello stoccaggio dell'anidride carbonica ottenuta in questo processo. È indiscutibile che i problemi tecnologici della produzione, dello stoccaggio e del trasporto dell'idrogeno sono risolvibili: in pratica, questo gas è già prodotto in grandi quantità e utilizzato come materia prima nell'industria chimica e petrolchimica. In questi casi, però, l'alto costo dell'idrogeno non è fatale, poiché si “fonde” nell'alto costo dei prodotti alla cui sintesi partecipa.

Tuttavia, la questione dell'utilizzo del gas leggero come fonte di energia è un po' più complicata. Gli scienziati si sono scervellati per molto tempo alla ricerca di una possibile alternativa strategica all'olio combustibile, e finora sono giunti all'opinione unanime che l'idrogeno sia il più ecologico e disponibile in energia sufficiente. Solo lui soddisfa tutti i requisiti necessari per una transizione graduale verso un cambiamento nell'attuale status quo. Alla base di tutti questi vantaggi c'è un fatto semplice ma molto importante: l'estrazione e l'uso dell'idrogeno ruota attorno al ciclo naturale di composizione e decomposizione dell'acqua... Se l'umanità migliora i metodi di produzione utilizzando fonti naturali come l'energia solare, il vento e l'acqua, l'idrogeno può essere prodotto e utilizzare in quantità illimitate senza emettere emissioni nocive. Come fonte di energia rinnovabile, l'idrogeno è stato a lungo il risultato di importanti ricerche in vari programmi in Nord America, Europa e Giappone. Questi ultimi, a loro volta, fanno parte del lavoro su un'ampia gamma di progetti congiunti volti a creare un'infrastruttura completa dell'idrogeno, compresa la produzione, lo stoccaggio, il trasporto e la distribuzione. Spesso questi sviluppi sono accompagnati da ingenti sovvenzioni governative e si basano su accordi internazionali. Nel novembre 2003, ad esempio, è stato firmato l'International Hydrogen Economy Partnership Agreement, che comprende i maggiori paesi industrializzati del mondo come Australia, Brasile, Canada, Cina, Francia, Germania, Islanda, India, Italia e Giappone. , Norvegia, Corea, Russia, Regno Unito, Stati Uniti e Commissione europea. Lo scopo di questa cooperazione internazionale è "organizzare, stimolare e unire gli sforzi di varie organizzazioni sulla via dell'era dell'idrogeno, nonché sostenere la creazione di tecnologie per la produzione, lo stoccaggio e la distribuzione dell'idrogeno".

Il percorso possibile per l'utilizzo di questo carburante ecologico nel settore automobilistico può essere duplice. Uno di questi sono dispositivi noti come "celle a combustibile", in cui la combinazione chimica dell'idrogeno con l'ossigeno dell'aria rilascia elettricità, e il secondo è lo sviluppo di tecnologie per utilizzare l'idrogeno liquido come combustibile nei cilindri di un classico motore a combustione interna . La seconda direzione è psicologicamente più vicina sia ai consumatori che alle case automobilistiche, e la BMW è il suo più brillante sostenitore.

Produzione

Attualmente, nel mondo vengono prodotti più di 600 miliardi di metri cubi di idrogeno puro. La principale materia prima per la sua produzione è il gas naturale, che viene lavorato in un processo noto come "reforming". Quantità minori di idrogeno vengono recuperate mediante altri processi come l'elettrolisi dei composti del cloro, l'ossidazione parziale del petrolio pesante, la gassificazione del carbone, la pirolisi del carbone per produrre coke e il reforming della benzina. Circa la metà della produzione mondiale di idrogeno viene utilizzata per la sintesi dell'ammoniaca (utilizzata come materia prima nella produzione di fertilizzanti), nella raffinazione del petrolio e nella sintesi del metanolo. Questi schemi di produzione gravano sull'ambiente in varia misura e, sfortunatamente, nessuno di essi offre un'alternativa significativa all'attuale status quo energetico - in primo luogo perché utilizzano fonti non rinnovabili e in secondo luogo perché quella produzione rilascia sostanze indesiderate come il carbonio biossido, che è il principale colpevole. Effetto serra. Un'interessante proposta per risolvere questo problema è stata recentemente avanzata da ricercatori finanziati dall'Unione Europea e dal governo tedesco, che hanno creato una tecnologia cosiddetta di "sequestro", in cui l'anidride carbonica prodotta durante la produzione di idrogeno dal gas naturale viene pompata in vecchi campi esauriti. petrolio, gas naturale o carbone. Tuttavia, questo processo non è di facile attuazione, poiché né i giacimenti di petrolio né quelli di gas sono vere e proprie cavità nella crosta terrestre, ma molto spesso sono strutture sabbiose porose.

Il metodo futuro più promettente per produrre idrogeno rimane la decomposizione dell'acqua mediante l'elettricità, nota fin dalle scuole elementari. Il principio è estremamente semplice: una tensione elettrica viene applicata a due elettrodi immersi in un bagno d'acqua, mentre gli ioni di idrogeno caricati positivamente vanno all'elettrodo negativo e gli ioni di ossigeno caricati negativamente vanno a quello positivo. In pratica, per questa decomposizione elettrochimica dell'acqua vengono utilizzati diversi metodi principali: "elettrolisi alcalina", "elettrolisi a membrana", "elettrolisi ad alta pressione" ed "elettrolisi ad alta temperatura".

Tutto sarebbe perfetto se la semplice aritmetica della divisione non interferisse con l'importantissimo problema dell'origine dell'elettricità necessaria a questo scopo. Il fatto è che attualmente la sua produzione emette inevitabilmente sottoprodotti nocivi, la cui quantità e tipologia varia a seconda di come viene fatta, e soprattutto la produzione di energia elettrica è un processo inefficiente e molto costoso.

Rompere il vizioso e chiudere il ciclo dell'energia pulita è attualmente possibile solo quando si utilizza l'energia naturale e soprattutto solare per generare l'elettricità necessaria per decomporre l'acqua. Risolvere questo problema richiederà indubbiamente molto tempo, denaro e fatica, ma in molte parti del mondo generare elettricità in questo modo è già diventato un dato di fatto.

BMW, ad esempio, svolge un ruolo attivo nella creazione e nello sviluppo di centrali solari. La centrale, costruita nella cittadina bavarese di Neuburg, utilizza celle fotovoltaiche per produrre energia che produce idrogeno. I sistemi che utilizzano l'energia solare per riscaldare l'acqua sono particolarmente interessanti, affermano gli ingegneri dell'azienda, e il vapore che ne deriva alimenta i generatori di elettricità: tali impianti solari sono già in funzione nel deserto del Mojave in California, che genera 354 MW di elettricità. Anche l'energia eolica sta diventando sempre più importante, con i parchi eolici sulle coste di paesi come Stati Uniti, Germania, Paesi Bassi, Belgio e Irlanda che svolgono un ruolo economico sempre più importante. Ci sono anche aziende che estraggono idrogeno dalla biomassa in diverse parti del mondo.

luogo di stoccaggio

L'idrogeno può essere immagazzinato in grandi quantità sia in fase gassosa che liquida. I più grandi di questi serbatoi, in cui l'idrogeno si trova a una pressione relativamente bassa, sono chiamati "contatori del gas". I serbatoi medi e piccoli sono adatti per lo stoccaggio dell'idrogeno ad una pressione di 30 bar, mentre i serbatoi speciali più piccoli (costosi dispositivi in ​​acciaio speciale o materiali compositi rinforzati con fibra di carbonio) mantengono una pressione costante di 400 bar.

L'idrogeno può anche essere immagazzinato in una fase liquida a -253°C per unità di volume, contenendo 0 volte più energia rispetto a quando immagazzinato a 1,78 bar - per ottenere la quantità equivalente di energia nell'idrogeno liquefatto per unità di volume, il gas deve essere compresso a 700 bar. È proprio a causa della maggiore efficienza energetica dell'idrogeno raffreddato che BMW sta collaborando con l'azienda tedesca di refrigerazione Linde, che ha sviluppato moderni dispositivi criogenici per la liquefazione e lo stoccaggio dell'idrogeno. Gli scienziati offrono anche altre alternative, ma meno applicabili, allo stoccaggio dell'idrogeno, ad esempio lo stoccaggio sotto pressione in una speciale farina metallica sotto forma di idruri metallici, ecc.

Trasporti

Nelle aree con un'elevata concentrazione di impianti chimici e raffinerie di petrolio è già stata creata una rete di trasmissione dell'idrogeno. In generale la tecnologia è simile al trasporto del gas naturale, ma l'utilizzo di quest'ultimo per il fabbisogno di idrogeno non è sempre possibile. Tuttavia, anche nel secolo scorso, molte case nelle città europee erano illuminate da un gasdotto leggero, che conteneva fino al 50% di idrogeno e veniva utilizzato come carburante per i primi motori a combustione interna fissi. L'attuale livello di tecnologia consente anche il trasporto transcontinentale di idrogeno liquefatto tramite autocisterne criogeniche esistenti, simili a quelle utilizzate per il gas naturale. Al momento, scienziati e ingegneri stanno facendo le più grandi speranze e sforzi nel campo della creazione di tecnologie adeguate per la liquefazione e il trasporto dell'idrogeno liquido. In questo senso, sono queste navi, cisterne ferroviarie criogeniche e camion che possono diventare la base per il futuro trasporto dell'idrogeno. Nell'aprile 2004, la prima stazione di rifornimento di idrogeno liquefatto del suo genere, sviluppata congiuntamente da BMW e Steyr, è stata aperta nelle immediate vicinanze dell'aeroporto di Monaco. Con il suo aiuto, il riempimento dei serbatoi con idrogeno liquefatto viene effettuato in modo completamente automatico, senza partecipazione e senza rischi per il conducente dell'auto.