Provkör BMW och vätgas: del ett

Bruset från den överhängande stormen ekade fortfarande på himlen när det enorma planet närmade sig landningsplatsen nära New Jersey. Den 6 maj 1937 gjorde Hindenburgs luftskepp sitt första flyg för säsongen och tog 97 passagerare ombord.

Om några dagar ska en enorm ballong fylld med väte flyga tillbaka till Frankfurt am Main. Alla säten på flygningen har länge varit reserverade av amerikanska medborgare ivriga att bevittna kroningen av den brittiska kungen George VI, men ödet bestämde att dessa passagerare aldrig skulle gå ombord på flygjätten.

Kort efter slutförandet av förberedelserna för landningen av luftskeppet märkte dess befälhavare Rosendahl lågorna på skrovet, och efter några sekunder förvandlades den enorma bollen till en olycksbådande flygande stock och lämnade bara ynka metallfragment kvar på marken efter ytterligare en halv minut. En av de mest överraskande sakerna med den här historien är det hjärtvärmande faktum att många av passagerarna ombord på det brinnande luftskeppet till slut lyckades överleva.

Grev Ferdinand von Zeppelin drömde om att flyga i ett lättare än luft-fordon i slutet av 1917-talet, skissera ett grovt diagram över ett lätt gasfylld flygplan och starta projekt för dess praktiska genomförande. Zeppelin levde tillräckligt länge för att se att hans skapelse gradvis kom in i människors liv och dog 1923, strax innan hans land förlorade första världskriget, och användningen av hans skepp var förbjudet enligt Versaillesfördraget. Zeppelins glömdes i många år, men allt förändras igen i en svimlande hastighet med Hitlers makt. Den nya chefen för Zeppelin, Dr. Hugo Eckner, är fast övertygad om att ett antal betydande tekniska förändringar krävs i utformningen av luftskepp, den viktigaste är att ersätta brandfarligt och farligt väte med helium. Tyvärr kunde emellertid USA, som vid den tiden var den enda producenten av detta strategiska råmaterial, inte sälja helium till Tyskland enligt en särskild lag som antogs av kongressen 129. Det är därför det nya fartyget, betecknat LZ XNUMX, slutligen drivs med väte.

Konstruktionen av en enorm ny ballong gjord av lätta aluminiumlegeringar når en längd på nästan 300 meter och har en diameter på cirka 45 meter. Jätteflygplanet, motsvarande Titanic, drivs av fyra 16-cylindriga dieselmotorer, var och en med 1300 hk. Naturligtvis missade Hitler inte chansen att förvandla "Hindenburg" till en levande propagandasymbol för Nazityskland och gjorde allt för att påskynda starten på dess exploatering. Som ett resultat gjorde det "spektakulära" luftskeppet redan 1936 regelbundna transatlantiska flygningar.

På den första flygningen 1937 var landningsplatsen i New Jersey full av glada åskådare, entusiastiska möten, släktingar och journalister, av vilka många väntade i timmar på att stormen skulle avta. Även radion täcker en intressant händelse. Vid något tillfälle avbryts den oroliga förväntan av talarens tystnad, som efter en stund hysteriskt ropar: ”Ett enormt eldklot faller från himlen! Det finns ingen som lever ... Skeppet lyser plötsligt upp och ser omedelbart ut som en gigantisk brinnande fackla. Några passagerare i panik började hoppa från gondolen för att undkomma den skrämmande branden, men det visade sig vara ödesdigert för dem på grund av hundra meters höjd. Till slut överlever bara ett fåtal av passagerarna som väntar på att luftskeppet ska närma sig land, men många av dem är svårt brända. Vid något tillfälle kunde fartyget inte stå emot skadorna från den rasande branden och tusentals liter barlastvatten i fören började rinna ner i marken. Hindenburg listar sig snabbt, den brinnande bakdelen kraschar i marken och slutar i total förstörelse på 34 sekunder. Chocken från skådespelet skakar folkmassan som samlats på marken. På den tiden ansågs den officiella orsaken till kraschen vara åska, som orsakade antändning av väte, men på senare år hävdar en tysk och amerikansk expert kategoriskt att tragedin med Hindenburgskeppet, som gick igenom många stormar utan problem , var orsaken till katastrofen. Efter många observationer av arkivmaterial kom de fram till att branden startade på grund av att brännbar färg täckte luftskeppets hud. Branden från ett tyskt luftskepp är en av de mest olyckliga katastroferna i mänsklighetens historia, och minnet av denna fruktansvärda händelse är fortfarande mycket smärtsamt för många. Än idag frammanar omnämnandet av orden "luftskepp" och "väte" New Jerseys eldiga helvete, även om den lättaste och mest förekommande gasen i naturen skulle kunna vara extremt användbar, trots dess farliga egenskaper, om den "domesticeras" på lämpligt sätt. Enligt ett stort antal moderna vetenskapsmän pågår den verkliga eran av väte fortfarande, även om samtidigt den andra stora delen av forskarvärlden är skeptisk till sådana extrema manifestationer av optimism. Bland optimisterna som stödjer den första hypotesen och de mest hängivna anhängarna av väteidén måste förstås vara Bayern från BMW. Det tyska fordonsföretaget är förmodligen bäst medvetet om de oundvikliga utmaningarna på vägen mot en vätgasekonomi och övervinner framför allt svårigheterna i övergången från kolvätebränslen till vätgas.

Ambitioner

Själva idén med att använda ett bränsle som är lika miljövänligt och outtömligt som bränslereserver låter som magi för en mänsklighet i greppet om en energikamp. Idag finns det fler än ett och annat "vätesamhällen" vars uppdrag är att främja en positiv inställning till lättgas och ständigt anordna möten, symposier och utställningar. Däckföretaget Michelin, till exempel, satsar stort på att organisera den allt populärare Michelin Challenge Bibendum, ett globalt forum fokuserat på vätgas för hållbara bränslen och bilar.

Den optimism som härrör från tal vid sådana forum är dock fortfarande inte tillräcklig för det praktiska genomförandet av en underbar väteidyll, och att komma in i väteekonomin är en oändligt komplex och ogenomförbar händelse i detta tekniska skede i civilisationens utveckling.

Nyligen har dock mänskligheten strävat efter att använda fler och fler alternativa energikällor, nämligen väte kan bli en viktig bro för att lagra sol-, vind-, vatten- och biomassaenergi och omvandla den till kemisk energi. ... Enkelt uttryckt betyder detta att den energi som genereras av dessa naturliga källor inte kan lagras i stora volymer utan kan användas för att producera väte genom att sönderdela vatten i syre och väte.

Hur konstigt det än låter är vissa oljebolag bland de främsta förespråkarna för detta system, bland vilka den mest konsekventa är den brittiska oljejätten BP, som har en specifik investeringsstrategi för betydande investeringar inom detta område. Naturligtvis kan väte också utvinnas från icke förnybara kolvätekällor, men i det här fallet måste mänskligheten leta efter en lösning på problemet med att lagra koldioxid som erhålls i denna process. Det är ett obestridligt faktum att de tekniska problemen med väteproduktion, lagring och transport är lösbara - i praktiken produceras denna gas redan i stora mängder och används som råvara i den kemiska och petrokemiska industrin. I dessa fall är dock den höga kostnaden för väte inte dödlig, eftersom den "smälter" till den höga kostnaden för produkterna i syntesen som den deltar i.

Frågan om att använda lättgas som energikälla är dock något mer komplicerad. Forskare har länge letat efter ett möjligt strategiskt alternativ till eldningsolja, och hittills har de kommit till den enhälliga åsikten att väte är det mest miljövänliga och tillgängligt i tillräcklig energi. Endast han uppfyller alla nödvändiga krav för en smidig övergång till en förändring av det nuvarande status quo. Bakom alla dessa fördelar ligger ett enkelt men mycket viktigt faktum – utvinning och användning av väte kretsar kring det naturliga kretsloppet av vattenblandning och nedbrytning... Om mänskligheten förbättrar produktionsmetoderna med hjälp av naturliga källor som solenergi, vind och vatten, kan väte produceras och använda i obegränsade mängder utan att släppa ut några skadliga utsläpp. Som en förnybar energikälla har väte länge varit resultatet av betydande forskning i olika program i Nordamerika, Europa och Japan. De senare är i sin tur en del av arbetet med en lång rad gemensamma projekt som syftar till att skapa en komplett vätgasinfrastruktur, inklusive produktion, lagring, transport och distribution. Ofta åtföljs denna utveckling av betydande statliga subventioner och bygger på internationella överenskommelser. I november 2003 undertecknades till exempel det internationella partnerskapsavtalet för vätgasekonomi, som omfattar världens största industriländer som Australien, Brasilien, Kanada, Kina, Frankrike, Tyskland, Island, Indien, Italien och Japan. , Norge, Korea, Ryssland, Storbritannien, USA och Europeiska kommissionen. Syftet med detta internationella samarbete är "att organisera, stimulera och förena olika organisationers ansträngningar på vägen mot väteeran, samt att stödja skapandet av teknologier för produktion, lagring och distribution av väte."

Den möjliga vägen till användningen av detta miljövänliga bränsle i fordonssektorn kan vara tvåfaldig. En av dem är enheter som kallas "bränsleceller", där den kemiska kombinationen av väte med syre från luften frigör elektricitet, och den andra är utvecklingen av teknik för att använda flytande väte som bränsle i cylindrarna i en klassisk förbränningsmotor . Den andra riktningen är psykologiskt närmare både konsumenter och bilföretag, och BMW är dess smartaste supporter.

Производство

För närvarande produceras mer än 600 miljarder kubikmeter rent väte över hela världen. Den huvudsakliga råvaran för dess produktion är naturgas, som bearbetas i en process som kallas "reformering". Mindre mängder väte utvinns genom andra processer såsom elektrolys av klorföreningar, partiell oxidation av tjockolja, kolförgasning, kolpyrolys för att producera koks och bensinreformering. Ungefär hälften av världens väteproduktion används för syntes av ammoniak (som används som råvara vid tillverkning av konstgödsel), vid oljeraffinering och för syntes av metanol. Dessa produktionssystem belastar miljön i varierande grad, och tyvärr erbjuder ingen av dem ett meningsfullt alternativ till det nuvarande energiläget - för det första eftersom de använder icke-förnybara källor, och för det andra för att produktionen släpper ut oönskade ämnen som kol dioxid, som är den främsta boven. Växthuseffekt. Ett intressant förslag för att lösa detta problem lades nyligen fram av forskare finansierade av EU och den tyska regeringen, som har skapat en så kallad "sekvestreringsteknik", där koldioxid som produceras vid produktion av väte från naturgas pumpas in i gamla utarmade fält. olja, naturgas eller kol. Denna process är dock inte lätt att genomföra, eftersom varken olje- eller gasfält är verkliga håligheter i jordskorpan, utan är oftast porösa sandiga strukturer.

Den mest lovande framtida metoden för att producera väte är fortfarande nedbrytningen av vatten med elektricitet, känt sedan grundskolan. Principen är extremt enkel - en elektrisk spänning appliceras på två elektroder nedsänkta i ett vattenbad, medan positivt laddade vätejoner går till den negativa elektroden och negativt laddade syrejoner går till den positiva. I praktiken används flera huvudmetoder för denna elektrokemiska nedbrytning av vatten - "alkalisk elektrolys", "membranelektrolys", "högtryckselektrolys" och "högtemperaturelektrolys".

Allt skulle vara perfekt om den enkla aritmetiken för division inte störde det extremt viktiga problemet med ursprunget till den elektricitet som behövs för detta ändamål. Faktum är att för närvarande släpper dess produktion oundvikligen ut skadliga biprodukter, vars mängd och typ varierar beroende på hur den görs, och framför allt är produktionen av el en ineffektiv och mycket dyr process.

Att bryta det onda och stänga cykeln av ren energi är för närvarande endast möjligt när man använder naturlig och särskilt solenergi för att generera el som behövs för att sönderdela vatten. Att lösa detta problem kommer utan tvekan att kräva mycket tid, pengar och ansträngning, men i många delar av världen har generering av el på detta sätt redan blivit ett faktum.

BMW, till exempel, spelar en aktiv roll i skapandet och utvecklingen av solkraftverk. Kraftverket, byggt i den lilla bayerska staden Neuburg, använder fotovoltaiska celler för att producera energi som producerar väte. System som använder solenergi för att värma vatten är särskilt intressanta, säger företagets ingenjörer, och den resulterande ångan driver elgeneratorer – sådana solcellsanläggningar är redan i drift i Mojaveöknen i Kalifornien, som genererar 354 MW el. Vindkraft blir också allt viktigare, där vindkraftsparker vid kusterna i länder som USA, Tyskland, Nederländerna, Belgien och Irland spelar en allt viktigare ekonomisk roll. Det finns också företag som utvinner väte från biomassa i olika delar av världen.

Förvaringsplats

Väte kan lagras i stora mängder både i gas- och vätskefaser. Den största av dessa reservoarer, i vilken väte har relativt lågt tryck, kallas "gasmätare". Medium och mindre tankar är lämpliga för lagring av väte vid ett tryck på 30 bar, medan de minsta specialtankarna (dyra anordningar tillverkade av specialstål eller kompositmaterial förstärkt med kolfiber) upprätthåller ett konstant tryck på 400 bar.

Väte kan även lagras i flytande fas vid -253°C per volymenhet, innehållande 0 gånger mer energi än vid 1,78 bar – för att uppnå motsvarande mängd energi i flytande väte per volymenhet måste gasen komprimeras upp till 700 bar. Det är just på grund av den högre energieffektiviteten hos kylt väte som BMW samarbetar med det tyska kylföretaget Linde, som har utvecklat moderna kryogena anordningar för flytande och lagring av väte. Forskare erbjuder även andra, men mindre användbara, alternativ till vätgaslagring, till exempel lagring under tryck i speciellt metallmjöl i form av metallhydrider, etc.

Transport

I områden med hög koncentration av kemiska anläggningar och oljeraffinaderier har ett väteöverföringsnätverk redan upprättats. I allmänhet liknar tekniken transport av naturgas, men användningen av den senare för vätgasbehov är inte alltid möjlig. Men även under förra seklet tändes många hus i europeiska städer av en lätt gasledning, som innehöll upp till 50% väte och användes som bränsle för de första stationära förbränningsmotorerna. Dagens teknologinivå tillåter också transkontinental transport av flytande väte via befintliga kryogena tankfartyg som liknar dem som används för naturgas. För närvarande gör forskare och ingenjörer de största förhoppningarna och ansträngningarna för att skapa adekvat teknik för kondensering och transport av flytande väte. I den meningen är det dessa fartyg, kryogena järnvägstankar och lastbilar som kan bli grunden för den framtida transporten av vätgas. I april 2004 öppnade den första tankstationen för flytande vätgas, som utvecklades gemensamt av BMW och Steyr, i omedelbar närhet av Münchens flygplats. Med hjälp av detta fylls tankarna med flytande väte helt automatiskt, utan deltagande och utan risk för föraren av bilen.