Testovací jízda BMW a vodík: část první

Když se obrovské letadlo přiblížilo k místu přistání poblíž New Jersey, na obloze se stále ozýval řev blížící se bouře. 6. května 1937 uskutečnila vzducholoď Hindenburg svůj první let v sezóně a na palubu si vzala 97 cestujících.

Za pár dní má obrovský balón naplněný vodíkem odletět zpět do Frankfurtu nad Mohanem. Všechna místa v letu byla dlouho rezervována americkými občany, kteří toužili být svědky korunovace britského krále Jiřího VI., Ale osud rozhodl, že tito cestující by se nikdy nedostali na palubu leteckého obra.

Krátce po dokončení příprav na přistání vzducholodě si její velitel Rosendahl všiml plamenů na jejím trupu a po pár sekundách se obrovská koule proměnila ve zlověstnou létající kládu a po další půlce zbyly na zemi jen žalostné kovové úlomky. minuta. Jednou z nejpřekvapivějších věcí na tomto příběhu je potěšující fakt, že mnoha cestujícím na palubě hořící vzducholodě se nakonec podařilo přežít.

Hrabě Ferdinand von Zeppelin snil o létání ve vozidle lehčího než vzduch na konci 1917. století, načrtl hrubý diagram lehkého plynového letadla a zahájil projekty jeho praktické realizace. Zeppelin žil dost dlouho na to, aby viděl, jak jeho tvorba postupně vstupuje do životů lidí, a zemřel v roce 1923, krátce předtím, než jeho země prohrála první světovou válku, a použití jeho lodí bylo zakázáno Versailleskou smlouvou. Zeppeliny byly na mnoho let zapomenuty, ale s příchodem Hitlerovy moci se všechno znovu mění závratnou rychlostí. Nový šéf společnosti Zeppelin, Dr. Hugo Eckner, je pevně přesvědčen, že v konstrukci vzducholodí je zapotřebí řada významných technologických změn, z nichž hlavní je nahrazení hořlavého a nebezpečného vodíku heliem. Bohužel však Spojené státy, které byly v té době jediným producentem této strategické suroviny, nemohly prodávat hélium Německu podle zvláštního zákona přijatého Kongresem v roce 129. Proto je nová loď s označením LZ XNUMX nakonec poháněna vodíkem.

Konstrukce obrovského nového balónu z lehkých slitin hliníku dosahuje délky téměř 300 metrů a má průměr asi 45 metrů. Obří letadlo, ekvivalentní Titanicu, je poháněno čtyřmi 16válcovými vznětovými motory, každý s výkonem 1300 koní. Hitler si přirozeně nenechal ujít příležitost přeměnit „Hindenburg“ na živý propagandistický symbol nacistického Německa a udělal vše pro to, aby urychlil začátek jeho vykořisťování. Výsledkem bylo, že již v roce 1936 uskutečňovala „velkolepá“ vzducholoď pravidelné transatlantické lety.

Při prvním letu v roce 1937 bylo místo přistání v New Jersey přeplněné nadšenými diváky, nadšenými setkáními, příbuznými a novináři, z nichž mnozí čekali hodiny, než bouře utichne. Dokonce i rádio pokrývá zajímavou událost. Úzkostné očekávání v určité chvíli přeruší ticho řečníka, který po chvíli hystericky vykřikne: „Z nebe padá obrovská ohnivá koule! Nikdo není naživu... Loď se náhle rozsvítí a okamžitě vypadá jako obří hořící pochodeň. Někteří pasažéři v panice začali skákat z gondoly, aby unikli děsivému požáru, ale ten se jim kvůli výšce sta metrů stal osudným. Nakonec přežije jen pár cestujících, kteří čekají, až se vzducholoď přiblíží k zemi, ale mnozí z nich jsou těžce popálení. Loď v určité chvíli nevydržela poškození zuřícího ohně a tisíce litrů balastní vody na přídi se začaly valit do země. Hindenburg se rychle nakloní, hořící zadní část narazí do země a za 34 sekund skončí úplným zničením. Šok z podívané otřese davem shromážděným na zemi. Tehdy se za oficiální příčinu havárie považovalo hromobití, které způsobilo vznícení vodíku, ale v posledních letech německý a americký expert kategoricky tvrdí, že tragédie s lodí Hindenburg, která bez problémů prošla mnoha bouřemi , byl příčinou katastrofy. Po četných pozorováních archivních záběrů došli k závěru, že požár vznikl kvůli hořlavé barvě pokrývající plášť vzducholodě. Požár německé vzducholodě je jednou z nejzlověstnějších katastrof v historii lidstva a vzpomínka na tuto hroznou událost je pro mnohé stále velmi bolestivá. Ještě dnes zmínka o slovech „vzducholoď“ a „vodík“ evokuje ohnivé peklo New Jersey, i když při vhodném „zdomácnění“ by nejlehčí a nejhojnější plyn v přírodě mohl být i přes své nebezpečné vlastnosti nesmírně užitečný. Podle velkého množství moderních vědců skutečná éra vodíku stále probíhá, i když zároveň druhá velká část vědecké komunity je k tak extrémním projevům optimismu skeptická. Mezi optimisty, kteří podporují první hypotézu a nejzarytější zastánce vodíkové myšlenky, samozřejmě musí patřit bavoráci od BMW. Německá automobilová společnost si asi nejlépe uvědomuje nevyhnutelné výzvy na cestě k vodíkové ekonomice a především překonává potíže při přechodu od uhlovodíkových paliv k vodíku.

Ctižádost

Samotná myšlenka použití paliva, které je šetrné k životnímu prostředí a nevyčerpatelné jako zásoby paliva, zní pro lidstvo v zajetí energetického boje jako kouzlo. Dnes existuje více než jedna nebo dvě „vodíkové společnosti“, jejichž posláním je podporovat kladný vztah ke světelnému plynu a neustále organizovat setkání, sympozia a výstavy. Například pneumatikářská společnost Michelin masivně investuje do pořádání stále populárnějšího Michelin Challenge Bibendum, globálního fóra zaměřeného na vodík pro udržitelná paliva a automobily.

Optimismus linoucí se z projevů na takových fórech však pro praktickou realizaci nádherné vodíkové idyly stále nestačí a vstup do vodíkové ekonomiky je v této technologické fázi vývoje civilizace nekonečně složitou a neproveditelnou událostí.

V poslední době se však lidstvo snaží využívat stále více alternativních zdrojů energie, jmenovitě vodík se může stát důležitým mostem pro skladování sluneční, větrné, vodní a biomasové energie a její přeměnu na chemickou energii. ... Jednoduše řečeno to znamená, že elektřina vyrobená z těchto přírodních zdrojů nemůže být skladována ve velkých objemech, ale může být použita k výrobě vodíku rozložením vody na kyslík a vodík.

Jakkoli to zní zvláštně, mezi hlavní zastánce tohoto schématu patří některé ropné společnosti, z nichž nejdůslednější je britský ropný gigant BP, který má specifickou investiční strategii pro významné investice v této oblasti. Vodík lze samozřejmě extrahovat i z neobnovitelných zdrojů uhlovodíků, ale v tomto případě musí lidstvo hledat řešení problému skladování oxidu uhličitého získaného tímto procesem. Je nezpochybnitelným faktem, že technologické problémy výroby, skladování a přepravy vodíku jsou řešitelné - v praxi se tento plyn již vyrábí ve velkém a používá se jako surovina v chemickém a petrochemickém průmyslu. V těchto případech však vysoká cena vodíku není fatální, protože se „roztaví“ ve vysoké ceně produktů, na jejichž syntéze se podílí.

Poněkud složitější je však otázka využití svítiplynu jako zdroje energie. Vědci si dlouhou dobu lámali hlavu s hledáním možné strategické alternativy topného oleje a zatím dospěli k jednomyslnému názoru, že vodík je nejekologičtější a dostupný v dostatečném množství energie. Pouze on splňuje všechny potřebné požadavky pro hladký přechod ke změně současného stavu. Základem všech těchto výhod je jednoduchý, ale velmi důležitý fakt – těžba a využití vodíku se točí kolem přirozeného cyklu slučování a rozkladu vody… Pokud lidstvo zlepší výrobní metody s využitím přírodních zdrojů, jako je solární energie, vítr a voda, lze vodík vyrábět a používat v neomezeném množství bez emisí škodlivých emisí. Jako obnovitelný zdroj energie je vodík již dlouho výsledkem významného výzkumu v různých programech v Severní Americe, Evropě a Japonsku. Ty jsou zase součástí práce na široké škále společných projektů zaměřených na vytvoření kompletní vodíkové infrastruktury, včetně výroby, skladování, přepravy a distribuce. Tento vývoj je často doprovázen významnými státními dotacemi a je založen na mezinárodních dohodách. V listopadu 2003 byla například podepsána Mezinárodní dohoda o partnerství pro vodíkové hospodářství, která zahrnuje největší průmyslové země světa, jako je Austrálie, Brazílie, Kanada, Čína, Francie, Německo, Island, Indie, Itálie a Japonsko. , Norsko, Korea, Rusko, Spojené království, USA a Evropská komise. Smyslem této mezinárodní spolupráce je „organizovat, stimulovat a sjednocovat úsilí různých organizací na cestě k vodíkové éře a také podporovat vytváření technologií pro výrobu, skladování a distribuci vodíku“.

Možná cesta k využití tohoto ekologického paliva v automobilovém sektoru může být dvojí. Jedním z nich jsou zařízení známá jako „palivové články“, ve kterých se chemickou kombinací vodíku s kyslíkem ze vzduchu uvolňuje elektřina, a druhým je vývoj technologií pro využití kapalného vodíku jako paliva ve válcích klasického spalovacího motoru. . Druhý směr je psychologicky bližší jak spotřebitelům, tak automobilkám a BMW je jeho nejjasnějším zastáncem.

Výroba

V současnosti se celosvětově vyrábí více než 600 miliard metrů krychlových čistého vodíku. Hlavní surovinou pro jeho výrobu je zemní plyn, který se zpracovává v procesu známém jako „reformování“. Menší množství vodíku se získávají jinými procesy, jako je elektrolýza sloučenin chloru, částečná oxidace těžkého oleje, zplyňování uhlí, pyrolýza uhlí k výrobě koksu a reformování benzínu. Přibližně polovina světové produkce vodíku se spotřebuje na syntézu čpavku (který se používá jako surovina při výrobě hnojiv), při rafinaci ropy a při syntéze metanolu. Tato výrobní schémata různou měrou zatěžují životní prostředí a bohužel žádný z nich nenabízí smysluplnou alternativu k současnému energetickému status quo – za prvé proto, že využívají neobnovitelné zdroje, a za druhé proto, že při výrobě se uvolňují nežádoucí látky, jako je uhlík. oxid, který je hlavním viníkem. Skleníkový efekt. Zajímavý návrh na řešení tohoto problému nedávno předložili výzkumníci financovaní Evropskou unií a německou vládou, kteří vytvořili takzvanou „sekvestrační“ technologii, při níž se oxid uhličitý vznikající při výrobě vodíku ze zemního plynu čerpá do stará vyčerpaná pole. ropy, zemního plynu nebo uhlí. Tento proces však není snadné realizovat, protože ani ropná, ani plynová pole nejsou skutečnými dutinami v zemské kůře, ale nejčastěji se jedná o porézní písčité struktury.

Nejperspektivnější budoucí metodou výroby vodíku zůstává rozklad vody elektřinou, známý již ze základní školy. Princip je extrémně jednoduchý - na dvě elektrody ponořené ve vodní lázni se přivede elektrické napětí, přičemž kladně nabité ionty vodíku jdou na zápornou elektrodu a záporně nabité ionty kyslíku na kladnou. V praxi se pro tento elektrochemický rozklad vody používá několik hlavních metod - "alkalická elektrolýza", "membránová elektrolýza", "vysokotlaká elektrolýza" a "vysokoteplotní elektrolýza".

Vše by bylo dokonalé, kdyby jednoduchá aritmetika dělení nezasahovala do nesmírně důležitého problému původu elektřiny potřebné k tomuto účelu. Faktem je, že v současnosti při její výrobě nevyhnutelně vznikají škodlivé vedlejší produkty, jejichž množství a druh se liší podle způsobu provedení, a především výroba elektřiny je neefektivní a velmi nákladný proces.

Prolomit začarovaný kruh a uzavřít cyklus čisté energie je v současné době možné pouze při použití přírodní a zejména solární energie k výrobě elektřiny potřebné k rozkladu vody. Řešení tohoto úkolu bude nepochybně vyžadovat spoustu času, peněz a úsilí, ale v mnoha částech světa se výroba elektřiny tímto způsobem již stala skutečností.

BMW se například aktivně podílí na vzniku a vývoji solárních elektráren. Elektrárna postavená v malém bavorském městě Neuburg využívá fotovoltaické články k výrobě energie, která vyrábí vodík. Zvláště zajímavé jsou systémy, které využívají solární energii k ohřevu vody, říkají inženýři společnosti a výsledná pára pohání generátory elektřiny – takové solární elektrárny už fungují v Mohavské poušti v Kalifornii, která vyrábí 354 MW elektřiny. Stále důležitější je také větrná energie, přičemž stále důležitější ekonomickou roli hrají větrné farmy na pobřeží zemí, jako jsou USA, Německo, Nizozemsko, Belgie a Irsko. V různých částech světa existují také společnosti těžící vodík z biomasy.

Místo skladování

Vodík lze skladovat ve velkém množství v plynné i kapalné fázi. Největší z těchto zásobníků, ve kterých je vodík relativně nízký, se nazývají „plynoměry“. Střední a menší nádrže jsou vhodné pro skladování vodíku při tlaku 30 bar, zatímco nejmenší speciální nádrže (drahá zařízení ze speciální oceli nebo kompozitních materiálů vyztužených uhlíkovými vlákny) udržují konstantní tlak 400 bar.

Vodík lze také skladovat v kapalné fázi při teplotě -253 °C na jednotku objemu, která obsahuje 0krát více energie než při skladování při tlaku 1,78 bar – k dosažení ekvivalentního množství energie ve zkapalněném vodíku na jednotku objemu je třeba plyn stlačit. na 700 barů. Právě kvůli vyšší energetické účinnosti chlazeného vodíku spolupracuje BMW s německým chladicím koncernem Linde, který vyvinul moderní kryogenní zařízení na zkapalňování a skladování vodíku. Vědci nabízejí i jiné, ale méně použitelné alternativy skladování vodíku, například skladování pod tlakem ve speciální kovové mouce ve formě hydridů kovů atd.

Přeprava

V oblastech s vysokou koncentrací chemických závodů a ropných rafinérií již byla vytvořena vodíková přenosová síť. Obecně je tato technologie podobná přepravě zemního plynu, ale jeho použití pro potřeby vodíku není vždy možné. I v minulém století však bylo mnoho domů v evropských městech osvětleno plynovodem se slabým plynem, který obsahoval až 50% vodíku a používal se jako palivo pro první stacionární spalovací motory. Dnešní úroveň technologie také umožňuje transkontinentální přepravu zkapalněného vodíku prostřednictvím stávajících kryogenních tankerů podobných těm, které se používají pro zemní plyn. V současné době vynakládají největší naděje a největší úsilí vědci a inženýři v oblasti vytváření vhodných technologií pro zkapalňování a přepravu kapalného vodíku. V tomto smyslu jsou to právě tyto lodě, kryogenní železniční tanky a nákladní automobily, které se mohou stát základem pro budoucí přepravu vodíku. V dubnu 2004 byla v bezprostřední blízkosti mnichovského letiště otevřena první svého druhu plnicí stanice na zkapalněný vodík vyvinutá společně společnostmi BMW a Steyr. S jeho pomocí se plnění nádrží zkapalněným vodíkem provádí plně automaticky, bez účasti a bez rizika pro řidiče automobilu.