Toetsry BMW en waterstof: deel een
Die gedreun van die dreigende storm weerklink steeds in die lug toe die groot vliegtuig die landingsterrein naby New Jersey nader. Op 6 Mei 1937 het die Hindenburg-lugskip sy eerste vlug van die seisoen gemaak en 97 passasiers aan boord geneem.
Oor 'n paar dae moet 'n groot ballon gevul met waterstof terugvlieg na Frankfurt am Main. Al die sitplekke op die vlug is al lank gereserveer deur Amerikaanse burgers wat gretig is om die kroning van die Britse koning George VI te sien, maar die noodlot het bepaal dat hierdie passasiers nooit aan boord van die vliegtuigreus sou klim nie.
Kort na die voltooiing van die voorbereidings vir die landing van die lugskip, het sy bevelvoerder Rosendahl die vlamme op sy romp opgemerk, en na 'n paar sekondes het die reusagtige bal in 'n onheilspellende vlieënde stomp verander, wat net jammerlike metaalfragmente op die grond gelaat het na nog 'n halfuur. minuut. Een van die mees verrassende dinge van hierdie storie is die hartverblydende feit dat baie van die passasiers aan boord van die brandende lugskip uiteindelik daarin geslaag het om te oorleef.
Graaf Ferdinand von Zeppelin droom daarvan om aan die einde van die 1917de eeu in 'n ligter-as-vliegtuig te vlieg, 'n rowwe diagram van 'n vliegtuig met 'n ligte gas te skets en projekte te loods vir die praktiese implementering daarvan. Zeppelin het lank genoeg geleef om te sien hoe sy skepping geleidelik in mense se lewens ingaan, en hy sterf in 1923, kort voordat sy land die Eerste Wêreldoorlog verloor, en die gebruik van sy skepe is verbied deur die Verdrag van Versailles. Die Zeppelins was jare lank vergete, maar alles verander weer met 'n duiselingwekkende spoed met die bewind van Hitler. Die nuwe hoof van Zeppelin, dr. Hugo Eckner, glo sterk dat 'n aantal belangrike tegnologiese veranderinge nodig is in die ontwerp van lugskepe, waarvan die belangrikste vervanging van vlambare en gevaarlike waterstof deur helium is. Ongelukkig kon die Verenigde State, wat destyds die enigste produsent van hierdie strategiese grondstof was, egter nie helium aan Duitsland verkoop onder 'n spesiale wet wat die Kongres in 129 aanvaar het nie. Daarom word die nuwe skip, aangedui LZ XNUMX, uiteindelik met waterstof aangevuur.
Die konstruksie van 'n groot nuwe ballon van ligte aluminiumlegerings bereik 'n lengte van byna 300 meter en het 'n deursnee van ongeveer 45 meter. Die reuse-vliegtuig, gelykstaande aan die Titanic, word aangedryf deur vier 16-silinder dieselenjins, elk met 1300 1936 pk. Uiteraard het Hitler nie die geleentheid misgeloop om van die "Hindenburg" 'n aanskoulike propagandasimbool van Nazi-Duitsland te maak nie en het hy alles gedoen om die uitbuiting daarvan te bespoedig. As gevolg hiervan het die "skouspelagtige" lugskip reeds in XNUMX gereelde transatlantiese vlugte onderneem.
Op die eerste vlug in 1937 was die New Jersey-landingsplek stampvol opgewonde toeskouers, entoesiastiese ontmoetings, familielede en joernaliste, van wie baie ure gewag het vir die storm om te bedaar. Selfs die radio dek 'n interessante gebeurtenis. Op 'n stadium word die benoude verwagting onderbreek deur die stilte van die spreker, wat na 'n oomblik histeries skree: “ ’n Reusagtige vuurbal val uit die lug! Daar is niemand wat lewe nie ... Die skip verlig skielik en lyk oombliklik soos 'n reuse-brandende fakkel. Sommige passasiers het paniekbevange van die gondel af begin spring om die angswekkende brand te ontsnap, maar dit blyk noodlottig vir hulle te wees weens die hoogte van honderd meter. Op die ou end oorleef net 'n paar van die passasiers wat wag dat die lugskip land nader, maar baie van hulle is erg verbrand. Op 'n stadium kon die skip nie die skade van die woedende brand weerstaan nie, en duisende liter ballaswater in die boeg het in die grond begin stroom. Die Hindenburg lys vinnig, die brandende agterkant val in die grond vas en eindig in totale vernietiging binne 34 sekondes. Die skok van die skouspel skud die skare wat op die grond vergader is. Destyds is die amptelike oorsaak van die ongeluk as donderweer beskou, wat die ontsteking van waterstof veroorsaak het, maar die afgelope paar jaar voer 'n Duitse en Amerikaanse kenner kategories aan dat die tragedie met die Hindenburg-skip, wat sonder probleme deur baie storms gegaan het. , was die oorsaak van die ramp. Na talle waarnemings van argiefmateriaal het hulle tot die gevolgtrekking gekom dat die brand ontstaan het weens brandbare verf wat die vel van die lugskip bedek het. Die brand van 'n Duitse lugskip is een van die mees sinistere rampe in die geskiedenis van die mensdom, en die herinnering aan hierdie verskriklike gebeurtenis is steeds baie pynlik vir baie. Selfs vandag nog roep die vermelding van die woorde "lugskip" en "waterstof" die vurige hel van New Jersey op, alhoewel as dit gepas "makgemaak" word, kan die ligste en volopste gas in die natuur uiters nuttig wees, ten spyte van sy gevaarlike eienskappe. Volgens 'n groot aantal moderne wetenskaplikes is die werklike era van waterstof steeds aan die gang, hoewel die ander groot deel van die wetenskaplike gemeenskap terselfdertyd skepties is oor sulke uiterste manifestasies van optimisme. Onder die optimiste wat die eerste hipotese ondersteun en die mees stoere ondersteuners van die waterstof-idee, moet natuurlik die Beiere van BMW wees. Die Duitse motormaatskappy is waarskynlik die beste bewus van die onvermydelike uitdagings op die pad na 'n waterstofekonomie en oorkom bowenal die probleme in die oorgang van koolwaterstofbrandstowwe na waterstof.
ambisie
Die einste idee om 'n brandstof te gebruik wat so omgewingsvriendelik en onuitputlik soos brandstofreserwes is, klink na towerkrag vir 'n mensdom in die greep van 'n energiestryd. Vandag is daar meer as een of twee "waterstofverenigings" wie se missie is om 'n positiewe houding jeens ligte gas te bevorder en voortdurend vergaderings, simposiums en uitstallings te organiseer. Die bandemaatskappy Michelin belê byvoorbeeld baie in die organisering van die toenemend gewilde Michelin Challenge Bibendum, 'n wêreldforum wat gefokus is op waterstof vir volhoubare brandstof en motors.
Die optimisme wat uit toesprake by sulke forums voortspruit, is egter steeds nie genoeg vir die praktiese implementering van 'n wonderlike waterstofidille nie, en die toetrede tot die waterstofekonomie is 'n oneindig komplekse en onuitvoerbare gebeurtenis in hierdie tegnologiese stadium in die ontwikkeling van die beskawing.
Onlangs poog die mensdom egter om meer en meer alternatiewe energiebronne te gebruik, naamlik dat waterstof 'n belangrike brug kan word vir die berging van son-, wind-, water- en biomassa-energie en dit omskakel in chemiese energie. ... In eenvoudige terme beteken dit dat die elektrisiteit wat deur hierdie natuurlike bronne geproduseer word, nie in groot hoeveelhede gestoor kan word nie, maar wel gebruik kan word om waterstof te produseer deur water in suurstof en waterstof af te breek.
Hoe vreemd dit ook al klink, is sommige oliemaatskappye van die vernaamste voorstanders van hierdie skema, onder wie die Britse oliereus BP die mees konsekwente is, wat 'n spesifieke beleggingstrategie vir beduidende beleggings in hierdie gebied het. Natuurlik kan waterstof ook uit nie-hernubare koolwaterstofbronne onttrek word, maar in hierdie geval moet die mensdom soek na 'n oplossing vir die probleem van die berging van koolstofdioksied wat in hierdie proses verkry word. Dit is ’n onbetwisbare feit dat die tegnologiese probleme van waterstofproduksie, berging en vervoer oplosbaar is – in die praktyk word hierdie gas reeds in groot hoeveelhede geproduseer en as grondstof in die chemiese en petrochemiese industrieë gebruik. In hierdie gevalle is die hoë koste van waterstof egter nie dodelik nie, aangesien dit "smelt" in die hoë koste van die produkte in die sintese waaraan dit deelneem.
Die kwessie van die gebruik van ligte gas as 'n energiebron is egter ietwat meer ingewikkeld. Wetenskaplikes is al lank besig om hul brein te knaag op soek na 'n moontlike strategiese alternatief vir brandstofolie, en tot dusver het hulle tot die eenparige mening gekom dat waterstof die mees omgewingsvriendelike en in voldoende energie beskikbaar is. Net hy voldoen aan al die nodige vereistes vir 'n gladde oorgang na 'n verandering in die huidige status quo. Onderliggend aan al hierdie voordele is 'n eenvoudige maar baie belangrike feit – die onttrekking en gebruik van waterstof wentel om die natuurlike siklus van watersamestelling en ontbinding … As die mensdom produksiemetodes verbeter deur natuurlike bronne soos sonenergie, wind en water te gebruik, kan waterstof geproduseer word en gebruik in onbeperkte hoeveelhede sonder om enige skadelike emissies vry te stel. As 'n hernubare energiebron is waterstof lank reeds die resultaat van betekenisvolle navorsing in verskeie programme in Noord-Amerika, Europa en Japan. Laasgenoemde is op hul beurt deel van die werk aan 'n wye reeks gesamentlike projekte wat daarop gemik is om 'n volledige waterstofinfrastruktuur te skep, insluitend produksie, berging, vervoer en verspreiding. Dikwels gaan hierdie ontwikkelings gepaard met aansienlike staatsubsidies en is dit gebaseer op internasionale ooreenkomste. In November 2003 is byvoorbeeld die Internasionale Waterstofekonomie-vennootskapsooreenkoms onderteken, wat die wêreld se grootste geïndustrialiseerde lande soos Australië, Brasilië, Kanada, China, Frankryk, Duitsland, Ysland, Indië, Italië en Japan insluit. , Noorweë, Korea, Rusland, VK, VSA en Europese Kommissie. Die doel van hierdie internasionale samewerking is "om die pogings van verskeie organisasies op die pad na die waterstofera te organiseer, te stimuleer en te verenig, asook om die skepping van tegnologieë vir die produksie, berging en verspreiding van waterstof te ondersteun."
Die moontlike pad na die gebruik van hierdie omgewingsvriendelike brandstof in die motorsektor kan tweeledig wees. Een daarvan is toestelle bekend as "brandstofselle", waarin die chemiese kombinasie van waterstof met suurstof uit die lug elektrisiteit vrystel, en die tweede is die ontwikkeling van tegnologieë vir die gebruik van vloeibare waterstof as brandstof in die silinders van 'n klassieke binnebrandenjin . Die tweede rigting is sielkundig nader aan beide verbruikers en motormaatskappye, en BMW is sy slimste ondersteuner.
Produksie
Tans word meer as 600 miljard kubieke meter suiwer waterstof wêreldwyd geproduseer. Die belangrikste grondstof vir die produksie daarvan is aardgas, wat verwerk word in 'n proses wat bekend staan as "hervorming". Kleiner hoeveelhede waterstof word herwin deur ander prosesse soos elektrolise van chloorverbindings, gedeeltelike oksidasie van swaar olie, steenkoolvergassing, steenkoolpirolise om kooks te produseer, en petrolhervorming. Ongeveer die helfte van die wêreld se waterstofproduksie word gebruik vir die sintese van ammoniak (wat as grondstof in die vervaardiging van kunsmis gebruik word), in olieraffinering en in die sintese van metanol. Hierdie produksieskemas belas die omgewing in verskillende mate, en ongelukkig bied nie een van hulle 'n betekenisvolle alternatief vir die huidige energiestatus quo nie - eerstens omdat hulle nie-hernubare bronne gebruik, en tweedens omdat daardie produksie ongewenste stowwe soos koolstof vrystel. dioksied, wat die grootste skuldige is. Kweekhuis effek. 'n Interessante voorstel om hierdie probleem op te los is onlangs gemaak deur navorsers wat deur die Europese Unie en die Duitse regering gefinansier is, wat 'n sogenaamde "sekwestrasie"-tegnologie geskep het, waarin koolstofdioksied wat tydens die produksie van waterstof uit aardgas geproduseer word, in gepomp word. ou uitgeputte velde. olie, aardgas of steenkool. Hierdie proses is egter nie maklik om te implementeer nie, aangesien nóg olie- nóg gasvelde ware holtes in die aardkors is, maar meestal poreuse sanderige strukture is.
Die mees belowende toekomstige metode om waterstof te vervaardig, bly die ontbinding van water deur elektrisiteit, bekend sedert laerskool. Die beginsel is uiters eenvoudig - 'n elektriese spanning word toegepas op twee elektrodes wat in 'n waterbad gedompel is, terwyl positief gelaaide waterstofione na die negatiewe elektrode gaan, en negatief gelaaide suurstofione na die positiewe een. In die praktyk word verskeie hoofmetodes vir hierdie elektrochemiese ontbinding van water gebruik - "alkaliese elektrolise", "membraanelektrolise", "hoëdrukelektrolise" en "hoëtemperatuurelektrolise".
Alles sou perfek wees as die eenvoudige rekenkunde van deling nie inmeng met die uiters belangrike probleem van die oorsprong van die elektrisiteit wat vir hierdie doel nodig is nie. Die feit is dat die produksie daarvan tans onvermydelik skadelike neweprodukte vrystel, waarvan die hoeveelheid en tipe wissel na gelang van hoe dit gedoen word, en bowenal is die produksie van elektrisiteit 'n ondoeltreffende en baie duur proses.
Die verbreking van die kwaadwilligheid en die sluiting van die siklus van skoon energie is tans slegs moontlik as u natuurlike en veral sonenergie gebruik om elektrisiteit op te wek wat nodig is om water te ontbind. Om hierdie probleem op te los, sal ongetwyfeld baie tyd, geld en moeite verg, maar in baie wêrelddele is die opwekking van elektrisiteit op hierdie manier al 'n feit.
BMW speel byvoorbeeld 'n aktiewe rol in die skepping en ontwikkeling van sonkragaanlegte. Die kragsentrale, wat in die klein Beierse dorpie Neuburg gebou is, gebruik fotovoltaïese selle om energie te produseer wat waterstof produseer. Stelsels wat sonkrag gebruik om water te verhit, is veral interessant, sê die maatskappy se ingenieurs, en die gevolglike stoom dryf elektrisiteitsopwekkers aan – sulke sonkragaanlegte is reeds in die Mojave-woestyn in Kalifornië werksaam, wat 354 MW elektrisiteit opwek. Windkrag word ook al hoe belangriker, met windplase aan die kus van lande soos die VSA, Duitsland, Nederland, België en Ierland wat 'n toenemend belangrike ekonomiese rol speel. Daar is ook maatskappye wat waterstof uit biomassa onttrek in verskillende dele van die wêreld.
Stoorplek
Waterstof kan in groot hoeveelhede in gas- en vloeistoffases gestoor word. Die grootste van hierdie reservoirs, waarin waterstof teen 'n relatiewe lae druk is, word 'gasmeters' genoem. Medium en kleiner tenks is geskik vir die berging van waterstof by 'n druk van 30 bar, terwyl die kleinste spesiale tenks (duur toestelle van spesiale staal of saamgestelde materiale versterk met koolstofvesel) 'n konstante druk van 400 bar handhaaf.
Waterstof kan ook in 'n vloeibare fase by -253°C per volume-eenheid geberg word, wat 0 keer meer energie bevat as wanneer dit by 1,78 bar gestoor word – om die ekwivalente hoeveelheid energie in vloeibare waterstof per volume-eenheid te bereik, moet die gas saamgepers word tot 700 bar. Dit is juis vanweë die hoër energiedoeltreffendheid van afgekoelde waterstof dat BMW saamwerk met die Duitse verkoelingsonderneming Linde, wat moderne kriogene toestelle ontwikkel het om waterstof te vloeibaar maak en te berg. Wetenskaplikes bied ook ander, maar minder toepaslike, alternatiewe vir waterstofberging, byvoorbeeld berging onder druk in spesiale metaalmeel in die vorm van metaalhidriede, ens.
Vervoer
In gebiede met 'n hoë konsentrasie chemiese aanlegte en olieraffinaderye is 'n waterstofoordragnetwerk gevestig. Oor die algemeen is die tegnologie soortgelyk aan die vervoer van natuurlike gas, maar die gebruik van laasgenoemde vir die behoeftes van waterstof is nie altyd moontlik nie. Maar selfs in die vorige eeu is baie huise in Europese stede deur 'n ligte gaspypleiding verlig, wat tot 50% waterstof bevat en as brandstof gebruik word vir die eerste stilstaande binnebrandenjins. Die hedendaagse vlak van tegnologie laat ook transkontinentale vervoer van vloeibare waterstof toe via bestaande kriogenvragmotors, soortgelyk aan dié wat vir natuurlike gas gebruik word. Op die oomblik maak wetenskaplikes en ingenieurs die grootste hoop en pogings om geskikte tegnologieë te skep vir die vervloeiing en vervoer van vloeibare waterstof. In hierdie sin is dit hierdie skepe, krioogene spoorwegtenks en vragmotors wat die basis kan word vir die toekomstige vervoer van waterstof. In April 2004 is die eerste vulstasie vir vloeibare waterstof, wat gesamentlik deur BMW en Steyr ontwikkel is, in die onmiddellike omgewing van die lughawe in München geopen. Met die hulp word die tenks vol vloeibare waterstof outomaties gevul, sonder deelname en sonder risiko vir die bestuurder van die motor.
