Jazda próbna BMW i wodór: część pierwsza

Ryk zbliżającej się burzy wciąż odbijał się echem na niebie, gdy ogromny samolot zbliżał się do miejsca lądowania w pobliżu New Jersey. 6 maja 1937 roku sterowiec Hindenburg wykonał swój pierwszy lot w tym sezonie, zabierając na pokład 97 pasażerów.

Za kilka dni wielki balon wypełniony wodorem ma wrócić do Frankfurtu nad Menem. Wszystkie miejsca w samolocie od dawna są zarezerwowane przez obywateli amerykańskich, którzy chcą być świadkami koronacji brytyjskiego króla Jerzego VI, ale los zadecydował, że pasażerowie ci nigdy nie wejdą na pokład samolotu giganta.

Tuż po zakończeniu przygotowań do lądowania sterowca jego dowódca Rosendahl zauważył płomienie na jego kadłubie, a po kilku sekundach ogromna kula zamieniła się w złowrogą latającą kłodę, pozostawiając na ziemi jedynie żałosne metalowe fragmenty po kolejnych pół minuta. Jedną z najbardziej zaskakujących rzeczy w tej historii jest pokrzepiający fakt, że wielu pasażerom na pokładzie płonącego sterowca ostatecznie udało się przeżyć.

Hrabia Ferdinand von Zeppelin marzył o lataniu lżejszym od powietrza pojazdem pod koniec XIX wieku, szkicując przybliżony schemat lekkiego samolotu gazowego i rozpoczynając projekty jego praktycznej realizacji. Zeppelin żył wystarczająco długo, aby zobaczyć, jak jego dzieło stopniowo wkracza w życie ludzi i zmarł w 1917 roku, na krótko przed tym, jak jego kraj przegrał I wojnę światową, a traktat wersalski zakazał korzystania z jego statków. Zeppeliny zostały zapomniane na wiele lat, ale wszystko zmienia się ponownie w zawrotnym tempie wraz z dojściem do władzy Hitlera. Nowy szef Zeppelin, dr Hugo Eckner, jest głęboko przekonany, że w konstrukcji sterowców potrzeba szeregu znaczących zmian technologicznych, z których najważniejsza to zastąpienie helu łatwopalnego i niebezpiecznego wodoru. Niestety, Stany Zjednoczone, które były wówczas jedynym producentem tego strategicznego surowca, nie mogły sprzedawać helu do Niemiec na mocy specjalnej ustawy, uchwalonej przez Kongres w 1923 roku. Dlatego też nowy statek, oznaczony jako LZ 129, zostanie ostatecznie zatankowany wodorem.

Konstrukcja nowego ogromnego balonu z lekkich stopów aluminium osiąga długość prawie 300 metrów i średnicę około 45 metrów. Gigantyczny samolot, odpowiednik Titanica, jest napędzany czterema 16-cylindrowymi silnikami wysokoprężnymi, każdy o mocy 1300 KM. Oczywiście Hitler nie przegapił okazji, aby zmienić „Hindenburg” w żywy symbol propagandowy nazistowskich Niemiec i zrobił wszystko, co możliwe, aby przyspieszyć rozpoczęcie jego eksploatacji. W efekcie już w 1936 r. „Spektakularny” sterowiec wykonywał regularne loty transatlantyckie.

Podczas pierwszego lotu w 1937 r. lądowisko w New Jersey było pełne podekscytowanych widzów, entuzjastycznych spotkań, krewnych i dziennikarzy, z których wielu godzinami czekało, aż burza ucichnie. Nawet radio relacjonuje ciekawe wydarzenie. W pewnym momencie niespokojne oczekiwanie przerywa cisza mówiącego, który po chwili histerycznie krzyczy: „Z nieba spada wielka kula ognia! Nie ma nikogo żywego… Statek nagle się zapala i od razu wygląda jak gigantyczna płonąca pochodnia. Niektórzy pasażerowie w panice zaczęli wyskakiwać z gondoli, aby uciec przed przerażającym pożarem, który jednak okazał się dla nich śmiertelny ze względu na stumetrową wysokość. W końcu tylko kilku pasażerów, którzy czekają, aż sterowiec zbliży się do lądu, przeżywa, ale wielu z nich jest ciężko spalonych. W pewnym momencie statek nie wytrzymał uszkodzeń szalejącego ognia, a tysiące litrów wody balastowej na dziobie zaczęło wlewać się w ziemię. Hindenburg przechyla się gwałtownie, płonący tył uderza w ziemię i kończy się całkowitym zniszczeniem w 34 sekundy. Wstrząs wywołany spektaklem wstrząsa zgromadzonym na ziemi tłumem. W tamtym czasie za oficjalną przyczynę katastrofy uznano grzmot, który spowodował zapłon wodoru, ale w ostatnich latach niemiecki i amerykański ekspert kategorycznie argumentują, że tragedia ze statkiem Hindenburg, który bez problemów przeszedł przez wiele sztormów , był przyczyną katastrofy. Po licznych obserwacjach materiałów archiwalnych doszli do wniosku, że pożar powstał od palnej farby pokrywającej poszycie sterowca. Pożar niemieckiego sterowca to jedna z najbardziej złowrogich katastrof w dziejach ludzkości, a pamięć o tym strasznym wydarzeniu dla wielu wciąż jest bardzo bolesna. Nawet dzisiaj wzmianka o słowach „sterowiec” i „wodór” przywołuje na myśl ogniste piekło New Jersey, chociaż odpowiednio „udomowiony” najlżejszy i najobficiej występujący gaz w przyrodzie może być niezwykle użyteczny, pomimo swoich niebezpiecznych właściwości. Zdaniem wielu współczesnych naukowców prawdziwa era wodoru wciąż trwa, choć jednocześnie spora część środowiska naukowego jest sceptycznie nastawiona do tak skrajnych przejawów optymizmu. Wśród optymistów popierających pierwszą hipotezę i najbardziej zagorzałych zwolenników idei wodoru muszą być oczywiście Bawarczycy z BMW. Niemiecki koncern motoryzacyjny chyba najlepiej zdaje sobie sprawę z nieuchronnych wyzwań na drodze do gospodarki wodorowej, a przede wszystkim pokonuje trudności w przejściu z paliw węglowodorowych na wodór.

Ambicje

Sam pomysł wykorzystania paliwa, które jest tak przyjazne dla środowiska i niewyczerpane jak rezerwy paliwa, brzmi jak magia dla ludzkości w uścisku walki o energię. Dziś istnieje więcej niż jedno czy dwa „towarzystwa wodorowe”, których misją jest propagowanie pozytywnego nastawienia do gazu lekkiego i nieustanne organizowanie spotkań, sympozjów i wystaw. Na przykład firma oponiarska Michelin dużo inwestuje w organizację coraz popularniejszego Michelin Challenge Bibendum, globalnego forum poświęconego wodorowi dla zrównoważonych paliw i samochodów.

Jednak optymizm bijący z wystąpień na takich forach to wciąż za mało do praktycznej realizacji wspaniałej wodorowej idylli, a wejście w gospodarkę wodorową jest wydarzeniem nieskończenie złożonym i niewykonalnym na tym technologicznym etapie rozwoju cywilizacji.

Jednak w ostatnim czasie ludzkość dąży do wykorzystywania coraz większej ilości alternatywnych źródeł energii, a mianowicie wodór może stać się ważnym pomostem do magazynowania energii słonecznej, wiatru, wody i biomasy, przekształcając ją w energię chemiczną. ... Mówiąc prościej, oznacza to, że energia elektryczna wytwarzana przez te naturalne źródła nie może być magazynowana w dużych ilościach, ale może być wykorzystana do produkcji wodoru poprzez rozkładanie wody na tlen i wodór.

Choć brzmi to dziwnie, niektóre firmy naftowe należą do głównych orędowników tego planu, wśród których najbardziej konsekwentnym jest brytyjski gigant naftowy BP, który ma określoną strategię inwestycyjną dla znaczących inwestycji w tym obszarze. Oczywiście wodór można również wydobywać z nieodnawialnych źródeł węglowodorów, jednak w tym przypadku ludzkość musi szukać rozwiązania problemu magazynowania pozyskiwanego w tym procesie dwutlenku węgla. Nie ulega wątpliwości, że problemy technologiczne produkcji, magazynowania i transportu wodoru są rozwiązywalne – w praktyce gaz ten jest już produkowany w dużych ilościach i wykorzystywany jako surowiec w przemyśle chemicznym i petrochemicznym. W takich przypadkach jednak wysoki koszt wodoru nie jest zgubny, ponieważ „wtapia się” on w wysoki koszt produktów, w syntezie których uczestniczy.

Jednak kwestia wykorzystania gazu lekkiego jako źródła energii jest nieco bardziej skomplikowana. Naukowcy od dawna łamali sobie głowy, szukając możliwej strategicznej alternatywy dla oleju opałowego i jak dotąd doszli do jednomyślnej opinii, że wodór jest najbardziej przyjazny dla środowiska i dostępny w wystarczającej ilości energii. Tylko on spełnia wszystkie niezbędne wymagania do płynnego przejścia do zmiany obecnego status quo. U podstaw wszystkich tych korzyści leży prosty, ale bardzo ważny fakt – wydobycie i wykorzystanie wodoru obraca się wokół naturalnego cyklu łączenia i rozkładu wody… Jeśli ludzkość udoskonali metody produkcji przy użyciu naturalnych źródeł, takich jak energia słoneczna, wiatr i woda, wodór będzie mógł być produkowany i używać w nieograniczonych ilościach bez emisji szkodliwych emisji. Jako odnawialne źródło energii wodór od dawna jest wynikiem znaczących badań w różnych programach w Ameryce Północnej, Europie i Japonii. Te ostatnie z kolei wpisują się w prace nad szerokim wachlarzem wspólnych projektów, których celem jest stworzenie kompletnej infrastruktury wodorowej obejmującej produkcję, magazynowanie, transport i dystrybucję. Często temu rozwojowi towarzyszą znaczne dotacje rządowe i są one oparte na umowach międzynarodowych. Na przykład w listopadzie 2003 r. podpisano Międzynarodową Umowę o Partnerstwie w Gospodarce Wodorem, która obejmuje największe uprzemysłowione kraje świata, takie jak Australia, Brazylia, Kanada, Chiny, Francja, Niemcy, Islandia, Indie, Włochy i Japonia. , Norwegii, Korei, Rosji, Wielkiej Brytanii, USA i Komisji Europejskiej. Celem tej międzynarodowej współpracy jest „organizowanie, stymulowanie i jednoczenie wysiłków różnych organizacji na drodze do ery wodoru, a także wspieranie tworzenia technologii produkcji, magazynowania i dystrybucji wodoru”.

Możliwa droga do wykorzystania tego przyjaznego dla środowiska paliwa w sektorze motoryzacyjnym może być dwojaka. Jednym z nich są urządzenia zwane „ogniwami paliwowymi”, w których chemiczne połączenie wodoru z tlenem z powietrza uwalnia energię elektryczną, a drugim jest rozwój technologii wykorzystania ciekłego wodoru jako paliwa w cylindrach klasycznego silnika spalinowego . Drugi kierunek jest psychologicznie bliższy zarówno konsumentom, jak i firmom samochodowym, a BMW jest jego najjaśniejszym zwolennikiem.

Produkcja

Obecnie na całym świecie produkuje się ponad 600 miliardów metrów sześciennych czystego wodoru. Głównym surowcem do jego produkcji jest gaz ziemny, który przetwarzany jest w procesie zwanym „reformingiem”. Mniejsze ilości wodoru odzyskuje się w innych procesach, takich jak elektroliza związków chloru, częściowe utlenianie oleju ciężkiego, zgazowanie węgla, piroliza węgla w celu wytworzenia koksu i reforming benzyny. Około połowa światowej produkcji wodoru wykorzystywana jest do syntezy amoniaku (wykorzystywanego jako surowiec do produkcji nawozów sztucznych), rafinacji ropy naftowej oraz syntezy metanolu. Te schematy produkcji w różnym stopniu obciążają środowisko i niestety żaden z nich nie oferuje sensownej alternatywy dla obecnego status quo energetycznego - po pierwsze dlatego, że wykorzystują źródła nieodnawialne, a po drugie dlatego, że produkcja ta uwalnia niepożądane substancje, takie jak węgiel dwutlenek węgla, który jest głównym winowajcą. Efekt cieplarniany. Ciekawą propozycję rozwiązania tego problemu wysunęli ostatnio naukowcy finansowani przez Unię Europejską i rząd niemiecki, którzy stworzyli technologię tzw. stare, wyeksploatowane pola. ropa naftowa, gaz ziemny czy węgiel. Proces ten nie jest jednak łatwy do zrealizowania, ponieważ ani pola naftowe, ani gazowe nie są prawdziwymi zagłębieniami w skorupie ziemskiej, lecz najczęściej porowatymi strukturami piaszczystymi.

Najbardziej obiecującą przyszłościową metodą produkcji wodoru pozostaje rozkład wody za pomocą energii elektrycznej, znany od podstawówki. Zasada jest niezwykle prosta - do dwóch elektrod zanurzonych w kąpieli wodnej przykładane jest napięcie elektryczne, dodatnio naładowane jony wodoru trafiają na elektrodę ujemną, a ujemnie naładowane jony tlenu na dodatnią. W praktyce stosuje się kilka głównych metod tego elektrochemicznego rozkładu wody - „elektroliza alkaliczna”, „elektroliza membranowa”, „elektroliza wysokociśnieniowa” i „elektroliza wysokotemperaturowa”.

Wszystko byłoby idealnie, gdyby prosta arytmetyka dzielenia nie kolidowała z niezwykle ważnym problemem pochodzenia energii elektrycznej potrzebnej do tego celu. Faktem jest, że obecnie jej produkcja nieuchronnie emituje szkodliwe produkty uboczne, których ilość i rodzaj różni się w zależności od sposobu jej wytwarzania, a przede wszystkim produkcja energii elektrycznej jest procesem nieefektywnym i bardzo kosztownym.

Przerwanie błędnego i zamknięcie cyklu czystej energii jest obecnie możliwe tylko wtedy, gdy wykorzystujemy naturalną, a zwłaszcza słoneczną energię do wytworzenia energii elektrycznej potrzebnej do rozkładu wody. Rozwiązanie tego zadania będzie niewątpliwie wymagało wiele czasu, pieniędzy i wysiłku, ale w wielu częściach świata wytwarzanie energii elektrycznej w ten sposób stało się już faktem.

Na przykład BMW odgrywa aktywną rolę w tworzeniu i rozwoju elektrowni słonecznych. Elektrownia, zbudowana w małym bawarskim miasteczku Neuburg, wykorzystuje ogniwa fotowoltaiczne do produkcji energii, która wytwarza wodór. Szczególnie interesujące są systemy wykorzystujące energię słoneczną do podgrzewania wody, jak twierdzą inżynierowie firmy, a powstająca w ten sposób para napędza generatory prądu - takie elektrownie słoneczne działają już na pustyni Mojave w Kalifornii, która wytwarza 354 MW energii elektrycznej. Energetyka wiatrowa również zyskuje na znaczeniu, a farmy wiatrowe na wybrzeżach krajów takich jak Stany Zjednoczone, Niemcy, Holandia, Belgia i Irlandia odgrywają coraz ważniejszą rolę gospodarczą. Istnieją również firmy wydobywające wodór z biomasy w różnych częściach świata.

miejsce składowania

Wodór może być magazynowany w dużych ilościach zarówno w fazie gazowej, jak i ciekłej. Największe z tych zbiorników, w których wodór występuje pod stosunkowo niskim ciśnieniem, nazywane są „gazomierzami”. Średnie i mniejsze zbiorniki przystosowane są do magazynowania wodoru pod ciśnieniem 30 bar, natomiast najmniejsze zbiorniki specjalne (drogie urządzenia wykonane ze specjalnej stali lub materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem węglowym) utrzymują stałe ciśnienie 400 bar.

Wodór można również przechowywać w fazie ciekłej w temperaturze -253°C na jednostkę objętości, zawierającej 0 razy więcej energii niż przy przechowywaniu pod ciśnieniem 1,78 bara – aby uzyskać równoważną ilość energii w skroplonym wodorze na jednostkę objętości, gaz musi zostać sprężony do 700 barów. Właśnie ze względu na wyższą efektywność energetyczną schłodzonego wodoru BMW współpracuje z niemieckim koncernem chłodniczym Linde, który opracował nowoczesne kriogeniczne urządzenia do skraplania i magazynowania wodoru. Naukowcy oferują również inne, ale mniej przydatne alternatywy dla przechowywania wodoru, na przykład przechowywanie pod ciśnieniem w specjalnej mące metalowej w postaci wodorków metali itp.

Transport

Na obszarach o dużej koncentracji zakładów chemicznych i rafinerii ropy naftowej powstała już sieć przesyłu wodoru. Generalnie technologia jest podobna do transportu gazu ziemnego, ale wykorzystanie tego ostatniego na potrzeby wodoru nie zawsze jest możliwe. Jednak nawet w ubiegłym wieku wiele domów w europejskich miastach było oświetlonych lekkim gazociągiem, który zawierał do 50% wodoru i był używany jako paliwo do pierwszych stacjonarnych silników spalinowych. Dzisiejszy poziom technologii umożliwia również transkontynentalny transport skroplonego wodoru za pośrednictwem istniejących cystern kriogenicznych, podobnych do tych używanych do gazu ziemnego. Obecnie naukowcy i inżynierowie pokładają największe nadzieje i wysiłki w zakresie tworzenia odpowiednich technologii skraplania i transportu ciekłego wodoru. W tym sensie to właśnie te statki, kriogeniczne cysterny kolejowe i ciężarówki mogą stać się podstawą przyszłego transportu wodoru. W kwietniu 2004 r. W bezpośrednim sąsiedztwie lotniska w Monachium została otwarta pierwsza tego typu stacja tankowania skroplonego wodoru, opracowana wspólnie przez BMW i Steyr. Z jego pomocą napełnianie zbiorników skroplonym wodorem odbywa się w pełni automatycznie, bez udziału i bez ryzyka dla kierowcy samochodu.