Pandu uji BMW dan hidrogen: bahagian satu

Deru ribut yang akan datang masih bergema di langit ketika pesawat besar menghampiri lokasi pendaratan berhampiran New Jersey. Pada 6 Mei 1937, kapal terbang Hindenburg membuat penerbangan pertamanya musim ini, dengan membawa 97 penumpang.

Dalam beberapa hari, belon besar yang diisi dengan hidrogen akan terbang kembali ke Frankfurt am Main. Semua tempat duduk dalam penerbangan telah lama ditempah oleh warganegara Amerika yang ingin menyaksikan pertabalan Raja Britain George VI, tetapi nasib memutuskan bahawa penumpang ini tidak akan pernah menaiki pesawat raksasa itu.

Tidak lama selepas selesai persiapan untuk pendaratan kapal udara, komandernya Rosendahl menyedari api di badan kapalnya, dan selepas beberapa saat bola besar itu bertukar menjadi kayu balak terbang yang tidak menyenangkan, hanya meninggalkan serpihan logam yang menyedihkan di atas tanah selepas setengah lagi. minit. Salah satu perkara yang paling mengejutkan tentang cerita ini ialah fakta yang menyentuh hati bahawa ramai penumpang di atas kapal udara yang terbakar akhirnya berjaya bertahan.

Count Ferdinand von Zeppelin bermimpi terbang dengan kenderaan yang lebih ringan dari udara pada akhir abad ke-1917, membuat lakaran rajah kasar pesawat yang dipenuhi gas ringan dan melancarkan projek untuk pelaksanaan praktikalnya. Zeppelin hidup cukup lama untuk melihat ciptaannya secara beransur-ansur memasuki kehidupan orang, dan meninggal pada tahun 1923, tidak lama sebelum negaranya kalah dalam Perang Dunia I, dan penggunaan kapalnya dilarang oleh Perjanjian Versailles. Zeppelins dilupakan selama bertahun-tahun, tetapi semuanya berubah lagi dengan kelajuan yang memusingkan dengan kedatangan Hitler. Ketua Zeppelin yang baru, Dr. Hugo Eckner, sangat percaya bahawa sejumlah perubahan teknologi yang penting diperlukan dalam reka bentuk kapal udara, yang utama adalah penggantian hidrogen yang mudah terbakar dan berbahaya dengan helium. Namun sayangnya, Amerika Syarikat, yang pada masa itu adalah satu-satunya pengeluar bahan mentah strategik ini, tidak dapat menjual helium ke Jerman berdasarkan undang-undang khas yang diluluskan oleh Kongres pada tahun 129. Inilah sebabnya mengapa kapal baru, yang dilantik sebagai LZ XNUMX, akhirnya dihidupkan dengan hidrogen.

Pembinaan balon baru yang besar yang diperbuat daripada aloi aluminium ringan mencapai panjang hampir 300 meter dan mempunyai diameter sekitar 45 meter. Pesawat raksasa, setara dengan Titanic, dikuasakan oleh empat enjin diesel 16 silinder, masing-masing dengan 1300 hp. Secara semula jadi, Hitler tidak melepaskan peluang untuk mengubah "Hindenburg" menjadi simbol propaganda terang-terangan Nazi Jerman dan melakukan segala yang mungkin untuk mempercepat permulaan eksploitasi. Hasilnya, sudah pada tahun 1936 kapal terbang "spektakuler" melakukan penerbangan transatlantik biasa.

Pada penerbangan pertama pada tahun 1937, tapak pendaratan New Jersey dipenuhi dengan penonton yang teruja, pertemuan yang bersemangat, saudara-mara dan wartawan, ramai daripada mereka menunggu berjam-jam untuk ribut reda. Malah radio membuat liputan acara yang menarik. Pada satu ketika, jangkaan cemas terganggu oleh kesunyian penceramah, yang, selepas beberapa saat, dengan histeris menjerit: "Bebola api besar jatuh dari langit! Tiada sesiapa yang hidup ... Kapal itu tiba-tiba menyala dan serta-merta kelihatan seperti obor gergasi yang menyala. Beberapa penumpang dalam keadaan panik mula melompat dari gondola untuk melarikan diri dari kebakaran yang menggerunkan itu, tetapi ia ternyata membawa maut kepada mereka kerana ketinggian seratus meter. Akhirnya, hanya segelintir penumpang yang menunggu kapal udara menghampiri darat terselamat, tetapi ramai daripada mereka melecur teruk. Pada satu ketika, kapal itu tidak dapat menahan kerosakan api yang marak, dan beribu-ribu liter air balast di haluan mula mencurah ke dalam tanah. Hindenburg menyenaraikan dengan pantas, bahagian belakang yang terbakar terhempas ke dalam tanah dan berakhir dengan kemusnahan sepenuhnya dalam 34 saat. Kejutan tontonan itu menggegarkan orang ramai yang berkumpul di atas tanah. Pada masa itu, punca rasmi kemalangan itu dianggap sebagai guruh, yang menyebabkan pencucuhan hidrogen, tetapi dalam beberapa tahun kebelakangan ini, seorang pakar Jerman dan Amerika secara mutlak berhujah bahawa tragedi dengan kapal Hindenburg, yang melalui banyak ribut tanpa masalah , adalah punca bencana itu. Selepas banyak pemerhatian terhadap rakaman arkib, mereka membuat kesimpulan bahawa kebakaran bermula kerana cat mudah terbakar yang menutupi kulit kapal udara. Kebakaran kapal udara Jerman adalah salah satu bencana paling jahat dalam sejarah umat manusia, dan ingatan tentang peristiwa dahsyat ini masih sangat menyakitkan bagi ramai orang. Malah pada hari ini, sebutan perkataan "kapal udara" dan "hidrogen" membangkitkan neraka New Jersey yang berapi-api, walaupun jika "dijinakkan" dengan sewajarnya, gas paling ringan dan paling banyak dalam alam semula jadi boleh menjadi sangat berguna, walaupun sifatnya berbahaya. Menurut sebilangan besar saintis moden, era sebenar hidrogen masih berterusan, walaupun pada masa yang sama, sebahagian besar komuniti saintifik yang lain ragu-ragu tentang manifestasi optimisme yang melampau itu. Antara optimis yang menyokong hipotesis pertama dan penyokong paling teguh idea hidrogen, sudah tentu, mestilah orang Bavaria dari BMW. Syarikat automotif Jerman itu mungkin paling mengetahui cabaran yang tidak dapat dielakkan dalam laluan ke arah ekonomi hidrogen dan, terutamanya, mengatasi kesukaran dalam peralihan daripada bahan api hidrokarbon kepada hidrogen.

Cita-cita

Idea untuk menggunakan bahan api yang mesra alam dan tidak habis-habis seperti rizab bahan api terdengar seperti sihir kepada manusia dalam cengkaman perjuangan tenaga. Hari ini, terdapat lebih daripada satu atau dua "masyarakat hidrogen" yang misinya adalah untuk menggalakkan sikap positif terhadap gas ringan dan sentiasa menganjurkan mesyuarat, simposium dan pameran. Syarikat tayar Michelin, sebagai contoh, melabur dengan banyak dalam menganjurkan Michelin Challenge Bibendum yang semakin popular, sebuah forum global yang memberi tumpuan kepada hidrogen untuk bahan api dan kereta yang mampan.

Walau bagaimanapun, keyakinan yang terpancar daripada ucapan di forum tersebut masih tidak mencukupi untuk pelaksanaan praktikal hidrogen yang indah, dan memasuki ekonomi hidrogen adalah peristiwa yang sangat kompleks dan tidak praktikal pada peringkat teknologi ini dalam pembangunan tamadun.

Namun, baru-baru ini, manusia telah berusaha untuk menggunakan sumber tenaga alternatif yang lebih banyak, iaitu hidrogen dapat menjadi jambatan penting untuk menyimpan tenaga suria, angin, air dan biomas, mengubahnya menjadi tenaga kimia. ... Secara sederhana, ini bermaksud bahawa elektrik yang dihasilkan oleh sumber semula jadi ini tidak dapat disimpan dalam jumlah besar, tetapi dapat digunakan untuk menghasilkan hidrogen dengan memecah air menjadi oksigen dan hidrogen.

Pelik kedengarannya, beberapa syarikat minyak adalah antara penyokong utama skim ini, antara yang paling konsisten ialah syarikat minyak gergasi British BP, yang mempunyai strategi pelaburan khusus untuk pelaburan besar dalam bidang ini. Sudah tentu, hidrogen juga boleh diekstrak daripada sumber hidrokarbon yang tidak boleh diperbaharui, tetapi dalam kes ini, manusia mesti mencari penyelesaian kepada masalah penyimpanan karbon dioksida yang diperolehi dalam proses ini. Ia adalah fakta yang tidak dapat dipertikaikan bahawa masalah teknologi pengeluaran hidrogen, penyimpanan dan pengangkutan boleh diselesaikan - dalam praktiknya, gas ini telah dihasilkan dalam kuantiti yang banyak dan digunakan sebagai bahan mentah dalam industri kimia dan petrokimia. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, kos hidrogen yang tinggi tidak membawa maut, kerana ia "mencairkan" ke dalam kos tinggi produk dalam sintesis yang terlibat.

Bagaimanapun, persoalan menggunakan gas ringan sebagai sumber tenaga agak rumit. Para saintis telah lama memerah otak mereka mencari alternatif strategik yang mungkin untuk bahan api minyak, dan setakat ini mereka telah mencapai pendapat sebulat suara bahawa hidrogen adalah yang paling mesra alam dan tersedia dalam tenaga yang mencukupi. Hanya dia yang memenuhi semua keperluan yang diperlukan untuk peralihan yang lancar kepada perubahan dalam status quo semasa. Asas semua faedah ini adalah fakta yang mudah tetapi sangat penting – pengekstrakan dan penggunaan hidrogen berkisar pada kitaran semula jadi pengkompaunan dan penguraian air... Jika manusia memperbaiki kaedah pengeluaran menggunakan sumber semula jadi seperti tenaga suria, angin dan air, hidrogen boleh dihasilkan dan digunakan dalam kuantiti tanpa had tanpa mengeluarkan sebarang pelepasan berbahaya. Sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui, hidrogen telah lama menjadi hasil penyelidikan penting dalam pelbagai program di Amerika Utara, Eropah dan Jepun. Yang terakhir, seterusnya, adalah sebahagian daripada kerja pada pelbagai projek bersama yang bertujuan untuk mewujudkan infrastruktur hidrogen yang lengkap, termasuk pengeluaran, penyimpanan, pengangkutan dan pengedaran. Selalunya perkembangan ini disertakan dengan subsidi kerajaan yang besar dan berdasarkan perjanjian antarabangsa. Pada November 2003, sebagai contoh, Perjanjian Perkongsian Ekonomi Hidrogen Antarabangsa telah ditandatangani, yang merangkumi negara perindustrian terbesar di dunia seperti Australia, Brazil, Kanada, China, Perancis, Jerman, Iceland, India, Itali dan Jepun. , Norway, Korea, Rusia, UK, AS dan Suruhanjaya Eropah. Tujuan kerjasama antarabangsa ini adalah "untuk mengatur, merangsang dan menyatukan usaha pelbagai organisasi dalam laluan ke era hidrogen, serta menyokong penciptaan teknologi untuk pengeluaran, penyimpanan dan pengedaran hidrogen."

Laluan yang mungkin untuk penggunaan bahan api mesra alam ini dalam sektor automotif boleh menjadi dua kali ganda. Salah satunya ialah peranti yang dikenali sebagai "sel bahan api", di mana gabungan kimia hidrogen dengan oksigen dari udara membebaskan elektrik, dan yang kedua ialah pembangunan teknologi untuk menggunakan hidrogen cecair sebagai bahan api dalam silinder enjin pembakaran dalaman klasik. . Hala tuju kedua secara psikologi lebih dekat dengan kedua-dua pengguna dan syarikat kereta, dan BMW adalah penyokong paling terangnya.

Pengeluaran

Pada masa ini, lebih daripada 600 bilion meter padu hidrogen tulen dihasilkan di seluruh dunia. Bahan mentah utama untuk pengeluarannya ialah gas asli, yang diproses dalam proses yang dikenali sebagai "pembaharuan". Jumlah hidrogen yang lebih kecil diperoleh semula melalui proses lain seperti elektrolisis sebatian klorin, pengoksidaan separa minyak berat, pengegasan arang batu, pirolisis arang batu untuk menghasilkan kok, dan pembaharuan petrol. Kira-kira separuh daripada pengeluaran hidrogen dunia digunakan untuk sintesis ammonia (yang digunakan sebagai bahan mentah dalam pengeluaran baja), dalam penapisan minyak dan dalam sintesis metanol. Skim pengeluaran ini membebankan alam sekitar pada tahap yang berbeza-beza, dan, malangnya, tiada satu pun daripada mereka menawarkan alternatif yang bermakna kepada status quo tenaga semasa - pertama, kerana mereka menggunakan sumber yang tidak boleh diperbaharui, dan kedua, kerana pengeluaran itu mengeluarkan bahan yang tidak diingini seperti karbon. dioksida, yang merupakan punca utama. Kesan rumah hijau. Cadangan menarik untuk menyelesaikan masalah ini baru-baru ini dibuat oleh penyelidik yang dibiayai oleh Kesatuan Eropah dan kerajaan Jerman, yang telah mencipta teknologi yang dipanggil "penyerapan", di mana karbon dioksida yang dihasilkan semasa pengeluaran hidrogen daripada gas asli dipam ke dalam ladang yang sudah habis. minyak, gas asli atau arang batu. Walau bagaimanapun, proses ini tidak mudah untuk dilaksanakan, kerana medan minyak mahupun gas bukanlah rongga sebenar dalam kerak bumi, tetapi selalunya merupakan struktur berpasir berliang.

Kaedah masa hadapan yang paling menjanjikan untuk menghasilkan hidrogen kekal sebagai penguraian air oleh elektrik, yang dikenali sejak sekolah rendah. Prinsipnya sangat mudah - voltan elektrik digunakan pada dua elektrod yang direndam dalam tab mandi air, manakala ion hidrogen bercas positif pergi ke elektrod negatif, dan ion oksigen bercas negatif pergi ke positif. Dalam amalan, beberapa kaedah utama digunakan untuk penguraian elektrokimia air ini - "elektrolisis alkali", "elektrolisis membran", "elektrolisis tekanan tinggi" dan "elektrolisis suhu tinggi".

Segala-galanya akan menjadi sempurna jika aritmetik pembahagian mudah tidak mengganggu masalah yang sangat penting tentang asal-usul elektrik yang diperlukan untuk tujuan ini. Hakikatnya pada masa ini, pengeluarannya tidak dapat tidak mengeluarkan produk sampingan yang berbahaya, jumlah dan jenisnya berbeza-beza bergantung pada cara ia dilakukan, dan, di atas semua, pengeluaran elektrik adalah proses yang tidak cekap dan sangat mahal.

Mematahkan setan dan menutup kitaran tenaga bersih pada masa ini hanya mungkin dilakukan apabila menggunakan tenaga semula jadi dan terutamanya tenaga suria untuk menjana elektrik yang diperlukan untuk menguraikan air. Menyelesaikan tugas ini pasti memerlukan banyak masa, wang dan usaha, tetapi di banyak tempat di dunia, menjana elektrik dengan cara ini sudah menjadi kenyataan.

BMW, sebagai contoh, memainkan peranan aktif dalam penciptaan dan pembangunan loji tenaga solar. Loji kuasa, yang dibina di bandar kecil Neuburg di Bavaria, menggunakan sel fotovoltaik untuk menghasilkan tenaga yang menghasilkan hidrogen. Sistem yang menggunakan tenaga suria untuk memanaskan air adalah amat menarik, kata jurutera syarikat, dan penjana elektrik kuasa wap yang terhasil - loji suria sedemikian sudah beroperasi di Gurun Mojave di California, yang menjana 354 MW elektrik. Kuasa angin juga menjadi semakin penting, dengan ladang angin di pantai negara seperti AS, Jerman, Belanda, Belgium dan Ireland memainkan peranan ekonomi yang semakin penting. Terdapat juga syarikat yang mengekstrak hidrogen daripada biojisim di bahagian yang berlainan di dunia.

Lokasi simpanan

Hidrogen dapat disimpan dalam jumlah besar dalam fasa gas dan cecair. Yang terbesar dari takungan ini, di mana hidrogen berada pada tekanan yang agak rendah, disebut "meter gas". Tangki sederhana dan lebih kecil sesuai untuk menyimpan hidrogen pada tekanan 30 bar, sementara tangki khas terkecil (alat mahal yang diperbuat daripada keluli khas atau bahan komposit yang diperkuat dengan serat karbon) mengekalkan tekanan tetap 400 bar.

Hidrogen juga boleh disimpan dalam fasa cecair pada -253°C per unit isipadu, mengandungi 0 kali lebih banyak tenaga daripada apabila disimpan pada 1,78 bar – untuk mencapai jumlah tenaga yang setara dalam hidrogen cecair per unit isipadu, gas mesti dimampatkan ke atas. kepada 700 bar. Justru kerana kecekapan tenaga yang lebih tinggi bagi hidrogen yang disejukkan, BMW bekerjasama dengan syarikat penyejukan Jerman Linde, yang telah membangunkan peranti kriogenik moden untuk mencairkan dan menyimpan hidrogen. Para saintis juga menawarkan alternatif lain, tetapi kurang berkenaan, kepada penyimpanan hidrogen, contohnya, penyimpanan di bawah tekanan dalam tepung logam khas dalam bentuk hidrida logam, dsb.

Pengangkutan

Di daerah dengan kepekatan tanaman kimia dan kilang minyak yang tinggi, jaringan penghantaran hidrogen telah terbentuk. Secara umum, teknologinya serupa dengan pengangkutan gas asli, tetapi penggunaan yang terakhir untuk keperluan hidrogen tidak selalu dapat dilakukan. Namun, bahkan pada abad yang lalu, banyak rumah di kota-kota di Eropa diterangi oleh saluran paip gas ringan, yang mengandung hingga 50% hidrogen dan digunakan sebagai bahan bakar untuk mesin pembakaran dalaman pegun pertama. Tahap teknologi masa kini juga membolehkan pengangkutan hidrogen cecair dari benua melalui kapal tangki kriogenik yang ada, serupa dengan yang digunakan untuk gas asli. Pada masa ini, para saintis dan jurutera membuat harapan dan usaha terbesar dalam bidang menciptakan teknologi yang mencukupi untuk pencairan dan pengangkutan hidrogen cair. Dalam pengertian ini, kapal-kapal, tangki kereta api kriogenik dan trak inilah yang dapat menjadi asas bagi pengangkutan hidrogen pada masa akan datang. Pada bulan April 2004, stesen pengisian hidrogen cecair pertama seumpamanya, yang dibangunkan bersama oleh BMW dan Steyr, dibuka di kawasan berhampiran Lapangan Terbang Munich. Dengan bantuannya, mengisi tangki dengan hidrogen cair dilakukan sepenuhnya secara automatik, tanpa penyertaan dan tanpa risiko bagi pemandu kereta.