Prøvekjør BMW og hydrogen: del én

Brølet fra den forestående stormen ekko fremdeles på himmelen da det enorme flyet nærmet seg landingsstedet nær New Jersey. 6. mai 1937 gjorde Hindenburg luftskip sitt første fly for sesongen, og tok 97 passasjerer om bord.

Om noen dager skal en enorm ballong fylt med hydrogen fly tilbake til Frankfurt am Main. Alle seter på flyet har lenge vært reservert av amerikanske borgere som er ivrige etter å være vitne til kroningen av den britiske kong George VI, men skjebnen bestemte at disse passasjerene aldri ville gå ombord i flygiganten.

Kort tid etter at forberedelsene for landing av luftskipet var fullført, la dets sjef Rosendahl merke til flammene på skroget, og etter noen sekunder ble den enorme ballen til en illevarslende flygende tømmerstokk, og etterlot bare ynkelige metallfragmenter på bakken etter ytterligere en halv time. minutt. Noe av det mest overraskende med denne historien er det hjertevarmende faktum at mange av passasjerene ombord på det brennende luftskipet til slutt klarte å overleve.

Grev Ferdinand von Zeppelin drømte om å fly i et lettere enn luft-kjøretøy på slutten av 1917-tallet, tegne et grovt diagram av et lett gassfylt fly og sette i gang prosjekter for dets praktiske gjennomføring. Zeppelin levde lenge nok til at hans skapelse gradvis kom inn i folks liv, og døde i 1923, kort før landet hans tapte første verdenskrig, og bruken av skipene hans var forbudt i Versailles-traktaten. Zeppelinene ble glemt i mange år, men alt endrer seg igjen i en svimlende hastighet med Hitlers makt. Det nye sjefen for Zeppelin, Dr. Hugo Eckner, tror sterkt at det kreves en rekke betydelige teknologiske endringer i utformingen av luftskip, hvorav den viktigste er erstatning av brennbart og farlig hydrogen med helium. Dessverre kunne imidlertid ikke USA, som den gang var den eneste produsenten av dette strategiske råmaterialet, selge helium til Tyskland i henhold til en spesiell lov vedtatt av Kongressen i 129. Dette er grunnen til at det nye skipet, betegnet LZ XNUMX, til slutt blir drevet med hydrogen.

Byggingen av en enorm ny ballong laget av lette aluminiumslegeringer når en lengde på nesten 300 meter og har en diameter på omtrent 45 meter. Det gigantiske flyet, tilsvarende Titanic, drives av fire 16-sylindrede dieselmotorer, hver med 1300 hk. Naturligvis savnet ikke Hitler muligheten til å gjøre "Hindenburg" til et levende propagandasymbol for Nazi-Tyskland, og gjorde alt for å akselerere starten på utnyttelsen. Som et resultat gjorde det "spektakulære" luftskipet allerede i 1936 regelmessige transatlantiske flyreiser.

På den første flyturen i 1937 var landingsplassen i New Jersey overfylt av spente tilskuere, entusiastiske møter, slektninger og journalister, hvorav mange ventet i timevis på at stormen skulle avta. Til og med radioen dekker en interessant begivenhet. På et tidspunkt blir den engstelige forventningen avbrutt av talerens stillhet, som etter et øyeblikk hysterisk roper: «En diger ildkule faller ned fra himmelen! Det er ingen i live ... Skipet lyser plutselig opp og ser umiddelbart ut som en gigantisk brennende fakkel. Noen passasjerer i panikk begynte å hoppe fra gondolen for å unnslippe den skremmende brannen, men det viste seg å være dødelig for dem på grunn av høyden på hundre meter. Til slutt overlever bare noen få av passasjerene som venter på at luftskipet skal nærme seg land, men mange av dem er hardt forbrent. På et tidspunkt kunne ikke skipet motstå skadene fra den rasende brannen, og tusenvis av liter ballastvann i baugen begynte å renne ned i bakken. Hindenburg lister raskt, den brennende bakenden krasjer i bakken og ender i fullstendig ødeleggelse på 34 sekunder. Sjokket av skuespillet ryster folkemengden som er samlet på bakken. På det tidspunktet ble den offisielle årsaken til krasjet ansett for å være torden, som forårsaket antennelse av hydrogen, men de siste årene hevder en tysk og amerikansk ekspert kategorisk at tragedien med Hindenburg-skipet, som gikk gjennom mange stormer uten problemer , var årsaken til katastrofen. Etter en rekke observasjoner av arkivopptak kom de til den konklusjon at brannen startet på grunn av brennbar maling som dekket huden på luftskipet. Brannen fra et tysk luftskip er en av de mest skumle katastrofene i menneskehetens historie, og minnet om denne forferdelige hendelsen er fortsatt veldig smertefullt for mange. Selv i dag fremkaller omtalen av ordene «luftskip» og «hydrogen» New Jerseys brennende helvete, selv om den letteste og mest tallrike gassen i naturen kan være ekstremt nyttig, til tross for dens farlige egenskaper, hvis den «tømmes» på riktig måte. Ifølge et stort antall moderne vitenskapsmenn pågår den virkelige æraen for hydrogen fortsatt, selv om den andre store delen av det vitenskapelige miljøet samtidig er skeptisk til slike ekstreme manifestasjoner av optimisme. Blant optimistene som støtter den første hypotesen og de mest trofaste tilhengerne av hydrogenideen, må selvfølgelig være bayerne fra BMW. Det tyske bilselskapet er nok best klar over de uunngåelige utfordringene på veien mot en hydrogenøkonomi og overvinner fremfor alt vanskelighetene ved overgangen fra hydrokarbondrivstoff til hydrogen.

Ambisjon

Selve ideen om å bruke et drivstoff som er like miljøvennlig og uuttømmelig som drivstoffreserver høres ut som magi for en menneskehet i grepet av en energikamp. I dag er det mer enn ett eller to «hydrogensamfunn» som har som oppgave å fremme en positiv holdning til lettgass og hele tiden organisere møter, symposier og utstillinger. Dekkselskapet Michelin, for eksempel, satser stort på å organisere den stadig mer populære Michelin Challenge Bibendum, et globalt forum med fokus på hydrogen for bærekraftig drivstoff og biler.

Imidlertid er optimismen som kommer fra taler på slike fora fortsatt ikke nok for den praktiske implementeringen av en fantastisk hydrogenidyll, og å gå inn i hydrogenøkonomien er en uendelig kompleks og upraktisk begivenhet på dette teknologiske stadiet i utviklingen av sivilisasjonen.

Nylig har imidlertid menneskeheten forsøkt å bruke flere og flere alternative energikilder, nemlig hydrogen kan bli en viktig bro for lagring av solenergi, vind, vann og biomasse, og konvertere den til kjemisk energi. ... Enkelt sagt betyr dette at elektrisiteten som produseres av disse naturlige kildene ikke kan lagres i store volumer, men kan brukes til å produsere hydrogen ved å bryte ned vann til oksygen og hydrogen.

Hvor rart det enn høres ut, er noen oljeselskaper blant hovedforkjemperne for denne ordningen, blant dem er den mest konsekvente den britiske oljegiganten BP, som har en spesifikk investeringsstrategi for betydelige investeringer på dette området. Naturligvis kan hydrogen også utvinnes fra ikke-fornybare hydrokarbonkilder, men i dette tilfellet må menneskeheten se etter en løsning på problemet med å lagre karbondioksid oppnådd i denne prosessen. Det er et udiskutabelt faktum at de teknologiske problemene med hydrogenproduksjon, lagring og transport er løsbare - i praksis produseres denne gassen allerede i store mengder og brukes som råstoff i kjemisk og petrokjemisk industri. I disse tilfellene er imidlertid den høye kostnaden for hydrogen ikke dødelig, siden den "smelter" inn i de høye kostnadene for produktene i syntesen som den deltar i.

Spørsmålet om å bruke lettgass som energikilde er imidlertid noe mer komplisert. Forskere har lenge drevet med hjernen på jakt etter et mulig strategisk alternativ til fyringsolje, og så langt har de kommet til den enstemmige oppfatningen at hydrogen er det mest miljøvennlige og tilgjengelig i tilstrekkelig energi. Bare han oppfyller alle nødvendige krav for en smidig overgang til en endring i dagens status quo. Bak alle disse fordelene ligger et enkelt, men svært viktig faktum – utvinning og bruk av hydrogen dreier seg om den naturlige syklusen av vannsammensetning og nedbrytning... Hvis menneskeheten forbedrer produksjonsmetoder ved bruk av naturlige kilder som solenergi, vind og vann, kan hydrogen produseres og bruk i ubegrensede mengder uten å slippe ut skadelige utslipp. Som en fornybar energikilde har hydrogen lenge vært et resultat av betydelig forskning i ulike programmer i Nord-Amerika, Europa og Japan. Sistnevnte er på sin side en del av arbeidet med en lang rekke fellesprosjekter rettet mot å skape en komplett hydrogeninfrastruktur, inkludert produksjon, lagring, transport og distribusjon. Ofte er denne utviklingen ledsaget av betydelige statlige subsidier og er basert på internasjonale avtaler. I november 2003 ble for eksempel den internasjonale partnerskapsavtalen for hydrogenøkonomi undertegnet, som inkluderer verdens største industriland som Australia, Brasil, Canada, Kina, Frankrike, Tyskland, Island, India, Italia og Japan. , Norge, Korea, Russland, Storbritannia, USA og EU-kommisjonen. Formålet med dette internasjonale samarbeidet er "å organisere, stimulere og forene innsatsen til ulike organisasjoner på veien mot hydrogentiden, samt å støtte opprettingen av teknologier for produksjon, lagring og distribusjon av hydrogen."

Den mulige veien til bruk av dette miljøvennlige drivstoffet i bilindustrien kan være todelt. En av dem er enheter kjent som "brenselceller", der den kjemiske kombinasjonen av hydrogen med oksygen fra luften frigjør elektrisitet, og den andre er utviklingen av teknologier for å bruke flytende hydrogen som drivstoff i sylindrene til en klassisk forbrenningsmotor . Den andre retningen er psykologisk nærmere både forbrukere og bilselskaper, og BMW er dens lyseste støttespiller.

Produksjon

For tiden produseres mer enn 600 milliarder kubikkmeter rent hydrogen over hele verden. Hovedråstoffet for produksjonen er naturgass, som behandles i en prosess kjent som "reformering". Mindre mengder hydrogen utvinnes ved andre prosesser som elektrolyse av klorforbindelser, delvis oksidasjon av tungolje, kullgassifisering, kullpyrolyse for å produsere koks og bensinreformering. Omtrent halvparten av verdens hydrogenproduksjon brukes til syntese av ammoniakk (som brukes som råstoff i produksjon av gjødsel), til oljeraffinering og til syntese av metanol. Disse produksjonsordningene belaster miljøet i ulik grad, og dessverre gir ingen av dem et meningsfullt alternativ til dagens energistatus - for det første fordi de bruker ikke-fornybare kilder, og for det andre fordi produksjonen frigjør uønskede stoffer som karbon. dioksid, som er hovedårsaken. Drivhuseffekt. Et interessant forslag for å løse dette problemet ble nylig laget av forskere finansiert av EU og den tyske regjeringen, som har laget en såkalt "sekvestreringsteknologi", der karbondioksid produsert under produksjon av hydrogen fra naturgass pumpes inn i gamle utarmete åkre. olje, naturgass eller kull. Denne prosessen er imidlertid ikke lett å implementere, siden verken olje- eller gassfelt er ekte hulrom i jordskorpen, men er oftest porøse sandstrukturer.

Den mest lovende fremtidige metoden for å produsere hydrogen er fortsatt nedbryting av vann ved elektrisitet, kjent siden barneskolen. Prinsippet er ekstremt enkelt - en elektrisk spenning påføres to elektroder nedsenket i et vannbad, mens positivt ladede hydrogenioner går til den negative elektroden, og negativt ladede oksygenioner går til den positive. I praksis brukes flere hovedmetoder for denne elektrokjemiske dekomponeringen av vann - "alkalisk elektrolyse", "membranelektrolyse", "høytrykkselektrolyse" og "høytemperaturelektrolyse".

Alt ville være perfekt hvis den enkle aritmetikken for divisjon ikke forstyrret det ekstremt viktige problemet med opprinnelsen til elektrisiteten som trengs for dette formålet. Faktum er at produksjonen for øyeblikket uunngåelig avgir skadelige biprodukter, mengden og typen av disse varierer avhengig av hvordan det gjøres, og fremfor alt er produksjon av elektrisitet en ineffektiv og svært kostbar prosess.

Å bryte det onde og lukke syklusen med ren energi er for øyeblikket bare mulig når du bruker naturlig og spesielt solenergi til å generere elektrisitet som trengs for å nedbryte vann. Å løse denne oppgaven vil utvilsomt kreve mye tid, penger og krefter, men i mange deler av verden har generering av elektrisitet på denne måten allerede blitt et faktum.

BMW, for eksempel, spiller en aktiv rolle i etableringen og utviklingen av solenergianlegg. Kraftverket, bygget i den lille bayerske byen Neuburg, bruker fotovoltaiske celler til å produsere energi som produserer hydrogen. Systemer som bruker solenergi til å varme opp vann er spesielt interessante, sier selskapets ingeniører, og den resulterende dampen driver elektrisitetsgeneratorer - slike solcelleanlegg er allerede i drift i Mojave-ørkenen i California, som genererer 354 MW elektrisitet. Vindkraft blir også stadig viktigere, med vindparker på kysten av land som USA, Tyskland, Nederland, Belgia og Irland som spiller en stadig viktigere økonomisk rolle. Det finnes også selskaper som utvinner hydrogen fra biomasse i ulike deler av verden.

Lagringsplass

Hydrogen kan lagres i store mengder både i gass- og væskefaser. Den største av disse magasinene, der hydrogen har relativt lavt trykk, kalles "gassmålere". Medium og mindre tanker er egnet for lagring av hydrogen ved et trykk på 30 bar, mens de minste spesialtankene (dyre innretninger laget av spesialstål eller komposittmaterialer forsterket med karbonfiber) holder et konstant trykk på 400 bar.

Hydrogen kan også lagres i flytende fase ved -253°C per volumenhet, inneholdende 0 ganger mer energi enn ved 1,78 bar – for å oppnå tilsvarende mengde energi i flytende hydrogen per volumenhet, må gassen komprimeres opp til 700 bar. Det er nettopp på grunn av den høyere energieffektiviteten til avkjølt hydrogen at BMW samarbeider med det tyske kjølekonsernet Linde, som har utviklet moderne kryogene enheter for flytendegjøring og lagring av hydrogen. Forskere tilbyr også andre, men mindre anvendelige, alternativer til hydrogenlagring, for eksempel lagring under trykk i spesialmetallmel i form av metallhydrider, etc.

Transport

I områder med høy konsentrasjon av kjemiske anlegg og oljeraffinerier er det allerede etablert et hydrogenoverføringsnettverk. Generelt ligner teknologien transporten av naturgass, men bruk av sistnevnte for hydrogenens behov er ikke alltid mulig. Selv i forrige århundre ble imidlertid mange hus i europeiske byer opplyst av en lett gassrørledning, som inneholdt opptil 50% hydrogen og ble brukt som drivstoff for de første stasjonære forbrenningsmotorene. Dagens teknologinivå tillater også transkontinental transport av flytende hydrogen via eksisterende kryogene tankskip, lik de som brukes til naturgass. For tiden gjøres det største håp og største innsats av forskere og ingeniører innen å skape tilstrekkelig teknologi for flytende og transport av flytende hydrogen. Slik sett er det disse skipene, kryogene jernbanetanker og lastebiler som kan bli grunnlaget for fremtidig transport av hydrogen. I april 2004 ble den første av sitt slag flytende hydrogenfyllestasjon, utviklet av BMW og Steyr, åpnet i umiddelbar nærhet av München lufthavn. Med hjelpen fylles tankene med flytende hydrogen helt automatisk, uten deltakelse og uten risiko for bilføreren.