Testovacia jazda BMW a vodík: prvá časť

Keď sa obrovské lietadlo blížilo k miestu pristátia neďaleko New Jersey, na oblohe sa stále ozýval rachot blížiacej sa búrky. 6. mája 1937 uskutočnila vzducholoď Hindenburg prvý let v sezóne, keď na palubu vzala 97 cestujúcich.

O pár dní má obrovský balón naplnený vodíkom odletieť späť do Frankfurtu nad Mohanom. Všetci občania amerického letectva, ktorí túžia byť svedkami korunovácie britského kráľa Juraja VI., Si po celý čas rezervovali všetky sedadlá. Osud však rozhodol, že títo pasažieri by sa nikdy nedostali do lietadlového obra.

Krátko po dokončení príprav na pristátie vzducholode si jej veliteľ Rosendahl všimol plamene na jej trupe a po niekoľkých sekundách sa obrovská guľa zmenila na zlovestné lietajúce poleno a po ďalšej polhodine letu zostali na zemi len úbohé kovové úlomky. minútu. Jednou z najprekvapivejších vecí na tomto príbehu je potešujúci fakt, že mnohým pasažierom na palube horiacej vzducholode sa nakoniec podarilo prežiť.

Gróf Ferdinand von Zeppelin sníval na konci 1917. storočia o lietaní vo vozidle ľahšie ako vzduch, načrtol hrubú schému ľahkého plynového lietadla a zahájil projekty jeho praktickej realizácie. Zeppelin žil dosť dlho na to, aby videl, ako sa jeho výtvor postupne dostáva do životov ľudí, a zomrel v roku 1923, krátko predtým, ako jeho krajina prehrala prvú svetovú vojnu, a použitie jeho lodí bolo zakázané Versailleskou zmluvou. Na Zeppeliny sa zabúdalo na mnoho rokov, ale všetko sa s príchodom Hitlera k moci opäť mení závratnou rýchlosťou. Nový šéf spoločnosti Zeppelin, Dr. Hugo Eckner, je pevne presvedčený, že pri navrhovaní vzducholodí je potrebných množstvo významných technologických zmien, z ktorých hlavnou je nahradenie horľavého a nebezpečného vodíka héliom. Bohužiaľ však USA, ktoré boli v tom čase jediným producentom tejto strategickej suroviny, nemohli predávať hélium Nemecku podľa osobitného zákona prijatého Kongresom v roku 129. Preto je nová loď s označením LZ XNUMX nakoniec poháňaná vodíkom.

Konštrukcia obrovského nového balóna z ľahkých zliatin hliníka dosahuje dĺžku takmer 300 metrov a priemer má asi 45 metrov. Obrie lietadlo, ktoré zodpovedá Titanicu, poháňajú štyri 16-valcové naftové motory, každý s výkonom 1300 1936 k. Hitler si prirodzene nenechal ujsť príležitosť premeniť „Hindenburg“ na živý propagandistický symbol nacistického Nemecka a urobil všetko pre to, aby sa urýchlilo začatie jeho vykorisťovania. Výsledkom bolo, že už v roku XNUMX uskutočňovala „veľkolepá“ vzducholoď pravidelné transatlantické lety.

Pri prvom lete v roku 1937 bolo miesto pristátia v New Jersey preplnené nadšenými divákmi, nadšenými stretnutiami, príbuznými a novinármi, z ktorých mnohí čakali hodiny, kým búrka ustúpi. Aj rádio prináša zaujímavú udalosť. Úzkostné očakávanie v istej chvíli preruší ticho rečníka, ktorý po chvíli hystericky zakričí: „Z neba padá obrovská ohnivá guľa! Nikto nie je nažive ... Loď sa zrazu rozsvieti a okamžite vyzerá ako obrovská horiaca fakľa. Niektorí pasažieri začali v panike zoskakovať z gondoly, aby unikli desivému požiaru, no pre výšku sto metrov sa im to stalo osudným. Nakoniec prežije len niekoľko cestujúcich, ktorí čakajú, kým sa vzducholoď priblíži k zemi, no mnohí z nich sú ťažko popálení. Loď v určitom momente nevydržala poškodenie zúriaceho ohňa a do zeme sa začali valiť tisíce litrov balastnej vody na prove. Hindenburg sa rýchlo zaradí, horiaca zadná časť narazí do zeme a skončí úplnou deštrukciou za 34 sekúnd. Šok z predstavenia otrasie davom zhromaždeným na zemi. V tom čase sa za oficiálnu príčinu havárie považovalo hrmenie, ktoré spôsobilo vznietenie vodíka, no v posledných rokoch nemecký a americký expert kategoricky argumentujú, že tragédia s loďou Hindenburg, ktorá bez problémov prešla mnohými búrkami , bola príčinou katastrofy. Po početných pozorovaniach archívnych záberov dospeli k záveru, že požiar vznikol v dôsledku horľavej farby pokrývajúcej kožu vzducholode. Požiar nemeckej vzducholode je jednou z najhrozivejších katastrof v histórii ľudstva a spomienka na túto hroznú udalosť je pre mnohých stále veľmi bolestivá. Aj dnes zmienka o slovách „vzducholoď“ a „vodík“ evokuje ohnivé peklo New Jersey, hoci ak by sa vhodne „udomácnil“, najľahší a najrozšírenejší plyn v prírode by mohol byť napriek svojim nebezpečným vlastnostiam mimoriadne užitočný. Podľa veľkého počtu moderných vedcov skutočná éra vodíka stále prebieha, hoci druhá veľká časť vedeckej komunity je voči takýmto extrémnym prejavom optimizmu skeptická. Medzi optimistov, ktorí podporujú prvú hypotézu a najzarytejších zástancov vodíkovej myšlienky, samozrejme patria bavoráky od BMW. Nemecká automobilová spoločnosť si zrejme najlepšie uvedomuje nevyhnutné výzvy na ceste k vodíkovej ekonomike a predovšetkým prekonáva ťažkosti pri prechode od uhľovodíkových palív k vodíku.

ambície

Samotná myšlienka použitia paliva, ktoré je šetrné k životnému prostrediu a nevyčerpateľné ako zásoby paliva, znie pre ľudstvo v zovretí energetického boja ako kúzlo. Dnes existuje viac ako jedna alebo dve „vodíkové spoločnosti“, ktorých poslaním je podporovať pozitívny vzťah k svietiplynu a neustále organizovať stretnutia, sympóziá a výstavy. Napríklad pneumatikárska spoločnosť Michelin výrazne investuje do organizovania čoraz populárnejšieho Michelin Challenge Bibendum, globálneho fóra zameraného na vodík pre udržateľné palivá a autá.

Optimizmus sršiaci z prejavov na takýchto fórach však na praktickú realizáciu nádhernej vodíkovej idyly stále nestačí a vstup do vodíkovej ekonomiky je v tejto technologickej etape vývoja civilizácie nekonečne zložitá a neuskutočniteľná udalosť.

V poslednej dobe sa však ľudstvo usiluje využívať čoraz viac alternatívnych zdrojov energie, konkrétne vodík sa môže stať dôležitým mostom na ukladanie slnečnej, veternej, vodnej a biomasovej energie a jej premenu na chemickú energiu. ... Zjednodušene to znamená, že elektrina vyrobená z týchto prírodných zdrojov sa nemôže skladovať vo veľkých objemoch, ale môže sa z nej vyrábať vodík rozkladom vody na kyslík a vodík.

Aj keď to znie zvláštne, medzi hlavných zástancov tejto schémy patria niektoré ropné spoločnosti, z ktorých najdôslednejší je britský ropný gigant BP, ktorý má špecifickú investičnú stratégiu pre významné investície v tejto oblasti. Vodík sa dá samozrejme extrahovať aj z neobnoviteľných zdrojov uhľovodíkov, no v tomto prípade musí ľudstvo hľadať riešenie problému skladovania oxidu uhličitého získaného týmto procesom. Je nespochybniteľným faktom, že technologické problémy výroby, skladovania a prepravy vodíka sú riešiteľné - v praxi sa tento plyn už vo veľkom vyrába a využíva sa ako surovina v chemickom a petrochemickom priemysle. V týchto prípadoch však vysoká cena vodíka nie je fatálna, pretože sa „pretaví“ do vysokých nákladov na produkty, na ktorých syntéze sa podieľa.

O niečo zložitejšia je však otázka využitia svietiplynu ako zdroja energie. Vedci si už dlho lámu hlavu nad hľadaním možnej strategickej alternatívy vykurovacieho oleja a zatiaľ dospeli k jednomyseľnému názoru, že vodík je najekologickejší a dostupný v dostatočnej energii. Len on spĺňa všetky potrebné predpoklady na bezproblémový prechod k zmene súčasného stavu. Základom všetkých týchto výhod je jednoduchý, ale veľmi dôležitý fakt – ťažba a využitie vodíka sa točí okolo prirodzeného cyklu zlučovania a rozkladu vody... Ak ľudstvo zlepší výrobné metódy využívajúce prírodné zdroje, ako je slnečná energia, vietor a voda, vodík sa môže vyrábať a používať v neobmedzenom množstve bez emisií škodlivých emisií. Vodík ako obnoviteľný zdroj energie je už dlho výsledkom významného výskumu v rôznych programoch v Severnej Amerike, Európe a Japonsku. Tie sú zase súčasťou práce na širokej škále spoločných projektov zameraných na vytvorenie kompletnej vodíkovej infraštruktúry vrátane výroby, skladovania, prepravy a distribúcie. Tento vývoj je často sprevádzaný významnými vládnymi dotáciami a je založený na medzinárodných dohodách. V novembri 2003 bola napríklad podpísaná Medzinárodná dohoda o partnerstve pre vodíkové hospodárstvo, ktorá zahŕňa najväčšie priemyselné krajiny sveta ako Austrália, Brazília, Kanada, Čína, Francúzsko, Nemecko, Island, India, Taliansko a Japonsko. , Nórsko, Kórea, Rusko, Spojené kráľovstvo, USA a Európska komisia. Účelom tejto medzinárodnej spolupráce je „organizovať, stimulovať a spájať úsilie rôznych organizácií na ceste k vodíkovej ére, ako aj podporovať vytváranie technológií na výrobu, skladovanie a distribúciu vodíka“.

Možná cesta k využitiu tohto ekologického paliva v automobilovom sektore môže byť dvojaká. Jedným z nich sú zariadenia známe ako „palivové články“, v ktorých sa chemickou kombináciou vodíka s kyslíkom zo vzduchu uvoľňuje elektrina a druhým je vývoj technológií na využitie kvapalného vodíka ako paliva vo valcoch klasického spaľovacieho motora. . Druhý smer je psychologicky bližší spotrebiteľom aj automobilkám a BMW je jeho najjasnejším zástancom.

Производство

V súčasnosti sa celosvetovo vyrába viac ako 600 miliárd kubických metrov čistého vodíka. Hlavnou surovinou na jeho výrobu je zemný plyn, ktorý sa spracováva procesom známym ako „reformovanie“. Menšie množstvá vodíka sa získavajú inými procesmi, ako je elektrolýza zlúčenín chlóru, čiastočná oxidácia ťažkého oleja, splyňovanie uhlia, pyrolýza uhlia na výrobu koksu a reformovanie benzínu. Približne polovica svetovej produkcie vodíka sa využíva na syntézu amoniaku (ktorý sa používa ako surovina pri výrobe hnojív), pri rafinácii ropy a pri syntéze metanolu. Tieto výrobné schémy v rôznej miere zaťažujú životné prostredie a, žiaľ, žiadna z nich neponúka zmysluplnú alternatívu k súčasnému energetickému status quo – po prvé preto, že využívajú neobnoviteľné zdroje, a po druhé preto, že pri výrobe sa uvoľňujú nežiaduce látky, ako napr. oxid, ktorý je hlavným vinníkom. Skleníkový efekt. Zaujímavý návrh na vyriešenie tohto problému nedávno predložili výskumníci financovaní Európskou úniou a nemeckou vládou, ktorí vytvorili takzvanú „sekvestračnú“ technológiu, pri ktorej sa oxid uhličitý vznikajúci pri výrobe vodíka zo zemného plynu prečerpáva do staré vyčerpané polia. ropy, zemného plynu alebo uhlia. Tento proces však nie je ľahké realizovať, keďže ani ropné, ani plynové polia nie sú skutočnými dutinami v zemskej kôre, ale najčastejšie ide o porézne piesčité štruktúry.

Najperspektívnejšou budúcou metódou výroby vodíka zostáva rozklad vody elektrinou, známy už zo základnej školy. Princíp je extrémne jednoduchý - na dve elektródy ponorené vo vodnom kúpeli sa privedie elektrické napätie, pričom kladne nabité ióny vodíka idú na zápornú elektródu a záporne nabité ióny kyslíka na kladnú. V praxi sa na tento elektrochemický rozklad vody používa niekoľko hlavných metód – „alkalická elektrolýza“, „membránová elektrolýza“, „vysokotlaková elektrolýza“ a „vysokoteplotná elektrolýza“.

Všetko by bolo dokonalé, keby jednoduchá aritmetika delenia nezasahovala do mimoriadne dôležitého problému pôvodu elektriny potrebnej na tento účel. Faktom je, že v súčasnosti pri jej výrobe nevyhnutne vznikajú škodlivé vedľajšie produkty, ktorých množstvo a druh sa líši v závislosti od spôsobu výroby, a predovšetkým výroba elektriny je neefektívny a veľmi nákladný proces.

Prelomiť začarovaný kruh a uzavrieť cyklus čistej energie je v súčasnosti možné iba pri použití prírodnej a najmä slnečnej energie na výrobu elektriny potrebnej na rozklad vody. Vyriešenie tohto problému si bude nepochybne vyžadovať veľa času, peňazí a úsilia, avšak v mnohých častiach sveta sa výroba elektriny týmto spôsobom už stala skutočnosťou.

BMW sa napríklad aktívne podieľa na tvorbe a vývoji solárnych elektrární. Elektráreň postavená v malom bavorskom meste Neuburg využíva fotovoltaické články na výrobu energie, ktorá vyrába vodík. Obzvlášť zaujímavé sú systémy, ktoré využívajú slnečnú energiu na ohrev vody, hovoria inžinieri spoločnosti a výsledná para poháňa generátory elektriny – takéto solárne elektrárne už fungujú v púšti Mojave v Kalifornii, ktorá vyrába 354 MW elektriny. Čoraz dôležitejšia je aj veterná energia, pričom veterné farmy na pobreží krajín ako USA, Nemecko, Holandsko, Belgicko a Írsko zohrávajú čoraz dôležitejšiu ekonomickú úlohu. V rôznych častiach sveta existujú aj spoločnosti, ktoré získavajú vodík z biomasy.

Miesto skladovania

Vodík sa môže skladovať vo veľkých množstvách v plynnej aj kvapalnej fáze. Najväčšie z týchto zásobníkov, v ktorých je vodík pomerne nízky, sa nazývajú „plynomery“. Stredné a menšie nádrže sú vhodné na skladovanie vodíka pri tlaku 30 bar, zatiaľ čo najmenšie špeciálne nádrže (drahé zariadenia zo špeciálnej ocele alebo kompozitných materiálov vystužených uhlíkovými vláknami) udržujú stály tlak 400 bar.

Vodík možno skladovať aj v kvapalnej fáze pri teplote -253 °C na jednotku objemu, ktorá obsahuje 0-krát viac energie ako pri skladovaní pri tlaku 1,78 bar – na dosiahnutie ekvivalentného množstva energie v skvapalnenom vodíku na jednotku objemu je potrebné stlačiť plyn do 700 barov. Práve pre vyššiu energetickú účinnosť chladeného vodíka spolupracuje BMW s nemeckým chladiarenským koncernom Linde, ktorý vyvinul moderné kryogénne zariadenia na skvapalňovanie a skladovanie vodíka. Vedci ponúkajú aj iné, ale menej použiteľné alternatívy skladovania vodíka, napríklad skladovanie pod tlakom v špeciálnej kovovej múčke vo forme hydridov kovov atď.

Preprava

V oblastiach s vysokou koncentráciou chemických závodov a ropných rafinérií už bola zavedená sieť na prenos vodíka. Táto technológia je vo všeobecnosti podobná preprave zemného plynu, ale jeho použitie pre potreby vodíka nie je vždy možné. Avšak ešte v minulom storočí bolo veľa domov v európskych mestách osvetlených ľahkým plynovodom, ktorý obsahoval až 50% vodíka a používal sa ako palivo pre prvé stacionárne spaľovacie motory. Dnešná úroveň technológie umožňuje aj transkontinentálnu prepravu skvapalneného vodíka existujúcimi kryogénnymi tankermi, podobnými tankerom používaným pre zemný plyn. V súčasnosti vedci a inžinieri vkladajú najväčšie nádeje a úsilie do vytvárania vhodných technológií na skvapalňovanie a prepravu kvapalného vodíka. V tomto zmysle sú to práve tieto lode, kryogénne železničné cisterny a nákladné vozidlá, ktoré sa môžu stať základom pre budúcu prepravu vodíka. V apríli 2004 bola v bezprostrednej blízkosti mníchovského letiska otvorená prvá svojho druhu plniaca stanica na skvapalnený vodík, ktorú vyvinuli spoločne spoločnosti BMW a Steyr. S jeho pomocou sa plnenie nádrží skvapalneným vodíkom vykonáva plne automaticky, bez účasti a bez rizika pre vodiča automobilu.