Test drive BMW și hidrogen: prima parte

Urletul furtunii iminente a răsunat încă pe cer în timp ce avionul uriaș se apropia de locul de aterizare de lângă New Jersey. Pe 6 mai 1937, dirijabilul Hindenburg a efectuat primul zbor al sezonului, luând la bord 97 de pasageri.

În câteva zile, un balon imens umplut cu hidrogen urmează să zboare înapoi la Frankfurt pe Main. Toate locurile din zbor au fost rezervate de mult timp de cetățenii americani dornici să asiste la încoronarea regelui britanic George al VI-lea, dar soarta a decretat că acești pasageri nu vor urca niciodată în uriașul avionului.

La scurt timp după finalizarea pregătirilor pentru aterizarea aeronavei, comandantul său Rosendahl a observat flăcările de pe carena sa, iar după câteva secunde, uriașa minge s-a transformat într-un buștean zburător de rău augur, lăsând pe pământ doar fragmente de metal jalnice după încă o jumătate de jumătate. minut. Unul dintre cele mai surprinzătoare lucruri despre această poveste este faptul că mulți dintre pasagerii de la bordul aeronavei în flăcări au reușit în cele din urmă să supraviețuiască.

Contele Ferdinand von Zeppelin a visat să zboare într-un vehicul mai ușor decât aerul la sfârșitul secolului al XIX-lea, schițând o diagramă brută a unei aeronave ușoare cu gaz și lansând proiecte pentru implementarea sa practică. Zeppelin a trăit suficient de mult pentru a-și vedea creația intrând treptat în viața oamenilor și a murit în 1917, cu puțin timp înainte ca țara sa să piardă Primul Război Mondial, iar utilizarea navelor sale a fost interzisă prin Tratatul de la Versailles. Zeppelinele au fost uitate mulți ani, dar totul se schimbă din nou cu o viteză amețitoare odată cu venirea la putere a lui Hitler. Noul șef al Zeppelin, dr. Hugo Eckner, crede cu tărie că sunt necesare o serie de schimbări tehnologice semnificative în proiectarea dirijabilelor, dintre care principala este înlocuirea hidrogenului inflamabil și periculos cu heliu. Din păcate, însă, Statele Unite, care la acea vreme era singurul producător al acestei materii prime strategice, nu puteau vinde heliu Germaniei în baza unei legi speciale adoptate de Congres în 1923. Acesta este motivul pentru care noua navă, desemnată LZ 129, este alimentată în cele din urmă cu hidrogen.

Construcția unui balon imens nou din aliaje ușoare de aluminiu atinge o lungime de aproape 300 de metri și are un diametru de aproximativ 45 de metri. Avionul gigant, echivalent cu Titanic, este propulsat de patru motoare diesel cu 16 cilindri, fiecare cu 1300 CP. Bineînțeles, Hitler nu a ratat ocazia de a transforma „Hindenburg” într-un simbol propagandistic viu al Germaniei naziste și a făcut tot posibilul pentru a accelera începutul exploatării sale. Drept urmare, deja în 1936 dirijabilul „spectaculos” a efectuat zboruri transatlantice regulate.

La primul zbor din 1937, locul de aterizare din New Jersey a fost aglomerat de spectatori entuziasmați, întâlniri entuziaste, rude și jurnaliști, dintre care mulți au așteptat ore în șir ca furtuna să se potolească. Până și radioul acoperă un eveniment interesant. La un moment dat, așteptarea neliniștită este întreruptă de tăcerea vorbitorului, care, după o clipă, strigă isteric: „Un minge de foc uriaș cade din cer! Nu există nimeni în viață... Nava se aprinde brusc și arată instantaneu ca o torță uriașă aprinsă. Unii pasageri în panică au început să sară din gondolă pentru a scăpa de focul terifiant, dar s-a dovedit a fi fatal pentru ei din cauza înălțimii de o sută de metri. În cele din urmă, doar câțiva dintre pasagerii care așteaptă ca dirijabilul să se apropie de pământ supraviețuiesc, dar mulți dintre ei sunt arse grav. La un moment dat, nava nu a putut rezista la pagubele provocate de focul puternic, iar mii de litri de apă de balast din prova au început să se reverse în pământ. Hindenburg listează rapid, partea din spate care arde se prăbușește în pământ și se termină cu distrugere completă în 34 de secunde. Șocul spectacolului zguduie mulțimea adunată la pământ. La acea vreme, cauza oficială a prăbușirii era considerată a fi tunetul, care a provocat aprinderea hidrogenului, dar în ultimii ani, un expert german și american susțin categoric că tragedia cu nava Hindenburg, care a trecut fără probleme prin multe furtuni. , a fost cauza dezastrului. După numeroase observații ale imaginilor de arhivă, aceștia au ajuns la concluzia că incendiul a izbucnit din cauza vopselei combustibile care acoperă pielea dirijabilului. Incendiul unui dirijabil german este unul dintre cele mai sinistre dezastre din istoria omenirii, iar amintirea acestui teribil eveniment este încă foarte dureroasă pentru mulți. Chiar și astăzi, menționarea cuvintelor „dirigibil” și „hidrogen” evocă iadul de foc din New Jersey, deși dacă este „domesticat” în mod corespunzător, cel mai ușor și mai abundent gaz din natură ar putea fi extrem de util, în ciuda proprietăților sale periculoase. Potrivit unui număr mare de oameni de știință moderni, adevărata eră a hidrogenului este încă în desfășurare, deși, în același timp, cealaltă mare parte a comunității științifice este sceptică cu privire la astfel de manifestări extreme de optimism. Printre optimiștii care susțin prima ipoteză și cei mai convinși susținători ai ideii de hidrogen, desigur, trebuie să fie bavarezii de la BMW. Compania germană de automobile este probabil cea mai conștientă de provocările inevitabile pe calea către o economie a hidrogenului și, mai presus de toate, depășește dificultățile în tranziția de la combustibilii cu hidrocarburi la hidrogen.

ambiții

Însăși ideea de a folosi un combustibil care este la fel de prietenos cu mediul și de inepuizabil precum rezervele de combustibil sună ca o magie pentru o umanitate aflată în strânsoarea unei lupte energetice. Astăzi, există mai mult de una sau două „societăți de hidrogen” a căror misiune este să promoveze o atitudine pozitivă față de gazul ușor și să organizeze constant întâlniri, simpozioane și expoziții. Compania de anvelope Michelin, de exemplu, investește masiv în organizarea Michelin Challenge Bibendum, din ce în ce mai populară, un forum global axat pe hidrogen pentru combustibili și mașini durabile.

Cu toate acestea, optimismul care decurge din discursurile la astfel de forumuri nu este încă suficient pentru implementarea practică a unei minunate idile a hidrogenului, iar intrarea în economia hidrogenului este un eveniment infinit de complex și impracticabil în această etapă tehnologică a dezvoltării civilizației.

Recent, însă, omenirea s-a străduit să folosească din ce în ce mai multe surse alternative de energie, și anume, hidrogenul poate deveni un pod important pentru stocarea energiei solare, eoliene, apei și a biomasei, transformându-l în energie chimică. ... În termeni simpli, aceasta înseamnă că electricitatea produsă de aceste surse naturale nu poate fi stocată în volume mari, ci poate fi utilizată pentru a produce hidrogen prin descompunerea apei în oxigen și hidrogen.

Oricât de ciudat sună, unele companii petroliere se numără printre principalii susținători ai acestei scheme, dintre care cel mai consistent este gigantul petrolier britanic BP, care are o strategie investițională specifică pentru investiții semnificative în acest domeniu. Desigur, hidrogenul poate fi extras și din surse de hidrocarburi neregenerabile, dar în acest caz, omenirea trebuie să caute o soluție la problema stocării dioxidului de carbon obținut în acest proces. Este un fapt incontestabil că problemele tehnologice ale producției, depozitării și transportului hidrogenului sunt rezolvabile - în practică, acest gaz este deja produs în cantități mari și folosit ca materie primă în industria chimică și petrochimică. În aceste cazuri însă, costul ridicat al hidrogenului nu este fatal, deoarece se „topește” în costul ridicat al produselor la sinteza cărora participă.

Cu toate acestea, problema utilizării gazului ușor ca sursă de energie este ceva mai complicată. Oamenii de știință și-au bătut mintea de mult timp în căutarea unei posibile alternative strategice la păcură și, până acum, au ajuns la opinia unanimă că hidrogenul este cel mai ecologic și disponibil în cantitate suficientă de energie. Doar el îndeplinește toate cerințele necesare pentru o tranziție lină la o schimbare a status quo-ului actual. La baza tuturor acestor beneficii se află un fapt simplu, dar foarte important – extracția și utilizarea hidrogenului se învârte în jurul ciclului natural de compunere și descompunere a apei... Dacă umanitatea îmbunătățește metodele de producție folosind surse naturale precum energia solară, vântul și apa, hidrogenul poate fi produs. și utilizați în cantități nelimitate fără a emite emisii nocive. Ca sursă de energie regenerabilă, hidrogenul a fost multă vreme rezultatul unor cercetări semnificative în diverse programe din America de Nord, Europa și Japonia. Acestea din urmă, la rândul lor, fac parte din lucrările unei game largi de proiecte comune care vizează crearea unei infrastructuri complete de hidrogen, inclusiv producție, depozitare, transport și distribuție. Adesea, aceste evoluții sunt însoțite de subvenții guvernamentale semnificative și se bazează pe acorduri internaționale. În noiembrie 2003, de exemplu, a fost semnat Acordul Internațional de Parteneriat pentru Economia Hidrogenului, care include cele mai mari țări industrializate din lume precum Australia, Brazilia, Canada, China, Franța, Germania, Islanda, India, Italia și Japonia. , Norvegia, Coreea, Rusia, Marea Britanie, SUA și Comisia Europeană. Scopul acestei cooperări internaționale este „să organizeze, să stimuleze și să unească eforturile diferitelor organizații pe drumul către era hidrogenului, precum și să sprijine crearea de tehnologii de producere, stocare și distribuție a hidrogenului”.

Calea posibilă către utilizarea acestui combustibil ecologic în sectorul auto poate fi dublă. Unul dintre ele este dispozitivele cunoscute sub numele de „pile de combustie”, în care combinația chimică a hidrogenului cu oxigenul din aer eliberează energie electrică, iar al doilea este dezvoltarea tehnologiilor de utilizare a hidrogenului lichid ca combustibil în cilindrii unui motor clasic cu ardere internă. . A doua direcție este mai aproape din punct de vedere psihologic atât de consumatori, cât și de companiile auto, iar BMW este cel mai strălucit susținător al acesteia.

Producere

În prezent, în întreaga lume se produc peste 600 de miliarde de metri cubi de hidrogen pur. Principala materie primă pentru producerea sa este gazul natural, care este prelucrat într-un proces cunoscut sub numele de „reformare”. Cantități mai mici de hidrogen sunt recuperate prin alte procese, cum ar fi electroliza compușilor de clor, oxidarea parțială a petrolului greu, gazeificarea cărbunelui, piroliza cărbunelui pentru a produce cocs și reformarea benzinei. Aproximativ jumătate din producția mondială de hidrogen este utilizată pentru sinteza amoniacului (care este folosit ca materie primă în producția de îngrășăminte), în rafinarea petrolului și în sinteza metanolului. Aceste scheme de producție împovărează mediul în diferite grade și, din păcate, niciuna dintre ele nu oferă o alternativă semnificativă la status quo-ul energetic actual - în primul rând, pentru că folosesc surse neregenerabile și, în al doilea rând, pentru că această producție eliberează substanțe nedorite precum carbonul. dioxid, care este principalul vinovat. Efect de sera. O propunere interesantă pentru a rezolva această problemă a fost făcută recent de cercetătorii finanțați de Uniunea Europeană și de guvernul german, care au creat o așa-numită tehnologie de „sechestrare”, în care dioxidul de carbon produs în timpul producerii hidrogenului din gaze naturale este pompat în câmpuri vechi epuizate. petrol, gaze naturale sau cărbune. Cu toate acestea, acest proces nu este ușor de implementat, deoarece nici câmpurile de petrol și nici de gaze nu sunt adevărate cavități în scoarța terestră, ci sunt cel mai adesea structuri nisipoase poroase.

Cea mai promițătoare metodă viitoare de producere a hidrogenului rămâne descompunerea apei prin electricitate, cunoscută încă din școala primară. Principiul este extrem de simplu - se aplică o tensiune electrică la doi electrozi scufundați într-o baie de apă, în timp ce ionii de hidrogen încărcați pozitiv merg la electrodul negativ, iar ionii de oxigen încărcați negativ merg la cel pozitiv. În practică, mai multe metode principale sunt utilizate pentru această descompunere electrochimică a apei - „electroliza alcalină”, „electroliza membranei”, „electroliza la presiune înaltă” și „electroliza la temperatură înaltă”.

Totul ar fi perfect dacă simpla aritmetică a împărțirii nu ar interfera cu problema extrem de importantă a originii energiei electrice necesare în acest scop. Cert este că în prezent, producția sa emite în mod inevitabil subproduse nocive, a căror cantitate și tipul variază în funcție de modul în care se face și, mai ales, producerea de energie electrică este un proces ineficient și foarte costisitor.

Întreruperea viciosului și închiderea ciclului de energie curată este posibilă în prezent numai atunci când se utilizează energia naturală și mai ales energia solară pentru a genera electricitatea necesară descompunerii apei. Rezolvarea acestei probleme va necesita, fără îndoială, mult timp, bani și efort, dar în multe părți ale lumii, generarea de energie electrică în acest fel a devenit deja un fapt.

BMW, de exemplu, joacă un rol activ în crearea și dezvoltarea centralelor solare. Centrala electrică, construită în micul oraș bavarez Neuburg, folosește celule fotovoltaice pentru a produce energie care produce hidrogen. Sistemele care folosesc energia solară pentru a încălzi apa sunt deosebit de interesante, spun inginerii companiei, iar aburul rezultat alimentează generatoarele de energie electrică – astfel de centrale solare funcționează deja în deșertul Mojave din California, care generează 354 MW de energie electrică. Energia eoliană devine, de asemenea, din ce în ce mai importantă, parcurile eoliene de pe coastele unor țări precum SUA, Germania, Țările de Jos, Belgia și Irlanda jucând un rol economic din ce în ce mai important. Există și companii care extrag hidrogen din biomasă în diferite părți ale lumii.

Locația depozitului

Hidrogenul poate fi depozitat în cantități mari, atât în ​​fază gazoasă, cât și în fază lichidă. Cel mai mare dintre aceste rezervoare, în care hidrogenul este la o presiune relativ scăzută, se numește „contoare de gaz”. Rezervoarele medii și mai mici sunt potrivite pentru depozitarea hidrogenului la o presiune de 30 bari, în timp ce cele mai mici rezervoare speciale (dispozitive scumpe din oțel special sau materiale compozite armate cu fibră de carbon) mențin o presiune constantă de 400 bari.

Hidrogenul poate fi stocat și într-o fază lichidă la -253°C pe unitate de volum, conținând de 0 ori mai multă energie decât atunci când este stocat la 1,78 bar - pentru a obține o cantitate echivalentă de energie în hidrogen lichefiat pe unitate de volum, gazul trebuie comprimat. la 700 bar. Tocmai datorită eficienței energetice mai mari a hidrogenului răcit, BMW colaborează cu concernul german de refrigerare Linde, care a dezvoltat dispozitive criogenice moderne pentru lichefierea și stocarea hidrogenului. Oamenii de știință oferă și alte alternative, dar mai puțin aplicabile, la stocarea hidrogenului, de exemplu, depozitarea sub presiune în făină metalică specială sub formă de hidruri metalice etc.

Transport

În zonele cu o concentrație mare de uzine chimice și rafinării de petrol, a fost deja stabilită o rețea de transport a hidrogenului. În general, tehnologia este similară cu transportul gazelor naturale, dar utilizarea acestora din urmă pentru nevoile de hidrogen nu este întotdeauna posibilă. Cu toate acestea, chiar și în secolul trecut, multe case din orașele europene au fost iluminate printr-o conductă ușoară de gaz, care conținea până la 50% hidrogen și a fost folosită ca combustibil pentru primele motoare staționare cu ardere internă. Nivelul tehnologic actual permite, de asemenea, transportul transcontinental al hidrogenului lichefiat prin tancuri criogenice existente, similare cu cele utilizate pentru gazele naturale. În prezent, oamenii de știință și inginerii fac cele mai mari speranțe și eforturi în domeniul creării unor tehnologii adecvate pentru lichefierea și transportul hidrogenului lichid. În acest sens, aceste nave, tancuri feroviare criogene și camioane pot deveni baza viitorului transport de hidrogen. În aprilie 2004, prima stație de alimentare cu hidrogen lichefiat de acest gen, dezvoltată în comun de BMW și Steyr, a fost deschisă în imediata apropiere a aeroportului din München. Cu ajutorul său, umplerea rezervoarelor cu hidrogen lichefiat se realizează complet automat, fără participare și fără riscuri pentru șoferul mașinii.