Proefrit BMW en waterstof: deel één

Het gebrul van de naderende storm echode nog in de lucht toen het enorme vliegtuig de landingsplaats nabij New Jersey naderde. Op 6 mei 1937 maakte het luchtschip Hindenburg zijn eerste vlucht van het seizoen, met 97 passagiers aan boord.

Over een paar dagen zal een enorme ballon gevuld met waterstof terugvliegen naar Frankfurt am Main. Alle stoelen op de vlucht zijn al lang gereserveerd door Amerikaanse burgers die graag getuige waren van de kroning van de Britse koning George VI, maar het lot bepaalde dat deze passagiers nooit aan boord van de vliegtuigreus zouden gaan.

Kort nadat de voorbereidingen voor de landing van het luchtschip waren voltooid, merkte commandant Rosendahl de vlammen op de romp op, en na een paar seconden veranderde de enorme bal in een onheilspellende vliegende boomstam, die na nog een half uur alleen zielige metaalfragmenten op de grond achterliet. minuut. Een van de meest verrassende dingen aan dit verhaal is het hartverwarmende feit dat veel van de passagiers aan boord van het brandende luchtschip uiteindelijk wisten te overleven.

Graaf Ferdinand von Zeppelin droomde ervan om aan het einde van de 1917e eeuw in een lichter dan luchtvoertuig te vliegen, een ruw diagram te schetsen van een met licht gas gevuld vliegtuig en projecten te lanceren voor de praktische uitvoering ervan. Zeppelin leefde lang genoeg om zijn creatie geleidelijk in het leven van de mensen te zien binnendringen en stierf in 1923, kort voordat zijn land de Eerste Wereldoorlog verloor, en het gebruik van zijn schepen werd verboden door het Verdrag van Versailles. De Zeppelins werden jarenlang vergeten, maar alles verandert weer met een duizelingwekkende snelheid met het aan de macht komen van Hitler. Het nieuwe hoofd van Zeppelin, Dr. Hugo Eckner, is ervan overtuigd dat er een aantal belangrijke technologische veranderingen nodig zijn in het ontwerp van luchtschepen, waarvan de belangrijkste de vervanging van brandbare en gevaarlijke waterstof door helium is. Helaas konden de Verenigde Staten, die op dat moment de enige producent van deze strategische grondstof waren, geen helium aan Duitsland verkopen onder een speciale wet die in 129 door het Congres werd aangenomen. Daarom gaat het nieuwe schip, genaamd LZ XNUMX, uiteindelijk op waterstof varen.

De constructie van een enorme nieuwe ballon gemaakt van lichte aluminiumlegeringen bereikt een lengte van bijna 300 meter en heeft een diameter van ongeveer 45 meter. Het gigantische vliegtuig, vergelijkbaar met de Titanic, wordt aangedreven door vier 16-cilinder dieselmotoren met elk 1300 pk. Natuurlijk liet Hitler de gelegenheid niet voorbijgaan om van de "Hindenburg" een levendig propagandasymbool van nazi-Duitsland te maken en deed hij al het mogelijke om de exploitatie ervan te versnellen. Als gevolg hiervan maakte het "spectaculaire" luchtschip al in 1936 regelmatige transatlantische vluchten.

Tijdens de eerste vlucht in 1937 was de landingsplaats van New Jersey vol met opgewonden toeschouwers, enthousiaste ontmoetingen, familieleden en journalisten, van wie velen urenlang wachtten tot de storm ging liggen. Zelfs de radio doet verslag van een interessante gebeurtenis. Op een gegeven moment wordt de angstige verwachting onderbroken door de stilte van de spreker, die even later hysterisch roept: “Er komt een enorme vuurbal uit de lucht vallen! Er is niemand in leven ... Het schip licht plotseling op en ziet er meteen uit als een gigantische brandende fakkel. Sommige passagiers begonnen in paniek uit de gondel te springen om aan het angstaanjagende vuur te ontsnappen, maar door de hoogte van honderd meter bleek dat hen fataal te worden. Uiteindelijk overleven slechts enkele passagiers die wachten tot het luchtschip het land nadert, maar velen van hen zijn zwaar verbrand. Op een gegeven moment kon het schip de schade van het woedende vuur niet meer aan en begonnen duizenden liters ballastwater in de boeg de grond in te stromen. De Hindenburg maakt snel slagzij, de brandende achterkant botst tegen de grond en eindigt in volledige vernietiging in 34 seconden. De schok van het spektakel schudt de menigte op de grond. Destijds werd de officiële oorzaak van de crash beschouwd als de donder, die de ontbranding van waterstof veroorzaakte, maar de afgelopen jaren beweren een Duitse en Amerikaanse expert categorisch dat de tragedie met het Hindenburg-schip, dat zonder problemen door vele stormen ging , was de oorzaak van de ramp. Na talloze observaties van archiefbeelden kwamen ze tot de conclusie dat de brand ontstond doordat brandbare verf de huid van het luchtschip bedekte. Het vuur van een Duits luchtschip is een van de meest sinistere rampen in de geschiedenis van de mensheid, en de herinnering aan deze vreselijke gebeurtenis is voor velen nog steeds erg pijnlijk. Zelfs vandaag de dag roept de vermelding van de woorden "luchtschip" en "waterstof" de vurige hel van New Jersey op, hoewel het lichtste en meest voorkomende gas in de natuur, als het op de juiste manier wordt "gedomesticeerd", buitengewoon nuttig zou kunnen zijn, ondanks zijn gevaarlijke eigenschappen. Volgens een groot aantal moderne wetenschappers is het echte tijdperk van waterstof nog steeds aan de gang, hoewel tegelijkertijd het andere grote deel van de wetenschappelijke gemeenschap sceptisch staat tegenover zulke extreme uitingen van optimisme. Onder de optimisten die de eerste hypothese ondersteunen en de meest fervente voorstanders van het waterstofidee, moeten natuurlijk de Beieren van BMW zijn. Het Duitse autobedrijf is zich waarschijnlijk het best bewust van de onvermijdelijke uitdagingen op weg naar een waterstofeconomie en overwint vooral de moeilijkheden bij de overgang van koolwaterstofbrandstoffen naar waterstof.

ambities

Alleen al het idee om een ​​brandstof te gebruiken die net zo milieuvriendelijk en onuitputtelijk is als brandstofreserves, klinkt als magie voor een mensheid die in de greep is van een energiestrijd. Tegenwoordig zijn er meer dan een of twee "waterstofverenigingen" die tot doel hebben een positieve houding ten opzichte van lichtgas te bevorderen en voortdurend bijeenkomsten, symposia en tentoonstellingen te organiseren. Zo investeert bandenbedrijf Michelin fors in het organiseren van de steeds populairder wordende Michelin Challenge Bibendum, een wereldwijd forum gericht op waterstof voor duurzame brandstoffen en auto's.

Het optimisme dat voortkomt uit toespraken op dergelijke fora is echter nog steeds niet genoeg voor de praktische implementatie van een prachtige waterstofidylle, en het betreden van de waterstofeconomie is een oneindig complexe en onuitvoerbare gebeurtenis in dit technologische stadium van de ontwikkeling van de beschaving.

Onlangs heeft de mensheid er echter naar gestreefd om steeds meer alternatieve energiebronnen te gebruiken, namelijk waterstof kan een belangrijke brug worden voor de opslag van zonne-, wind-, water- en biomassa-energie en deze omzetten in chemische energie. ... Simpel gezegd betekent dit dat de elektriciteit die door deze natuurlijke bronnen wordt geproduceerd, niet in grote hoeveelheden kan worden opgeslagen, maar kan worden gebruikt om waterstof te produceren door water af te breken in zuurstof en waterstof.

Hoe vreemd het ook klinkt, sommige oliemaatschappijen behoren tot de belangrijkste voorstanders van deze regeling, waaronder de Britse oliegigant BP de meest consistente is, die een specifieke investeringsstrategie heeft voor aanzienlijke investeringen op dit gebied. Waterstof kan natuurlijk ook worden gewonnen uit niet-hernieuwbare koolwaterstofbronnen, maar in dit geval moet de mensheid op zoek naar een oplossing voor het probleem van de opslag van koolstofdioxide die tijdens dit proces wordt verkregen. Dat de technologische problemen van waterstofproductie, -opslag en -transport oplosbaar zijn, staat buiten kijf: in de praktijk wordt dit gas al in grote hoeveelheden geproduceerd en gebruikt als grondstof in de chemische en petrochemische industrie. In deze gevallen zijn de hoge kosten van waterstof echter niet dodelijk, aangezien het "versmelt" met de hoge kosten van de producten in de synthese waarvan het deelneemt.

De kwestie van het gebruik van licht gas als energiebron is echter iets ingewikkelder. Wetenschappers hebben lang hun hersens gebroken op zoek naar een mogelijk strategisch alternatief voor stookolie, en tot nu toe zijn ze unaniem tot de conclusie gekomen dat waterstof het meest milieuvriendelijk is en in voldoende energie beschikbaar is. Alleen hij voldoet aan alle noodzakelijke vereisten voor een soepele overgang naar een verandering in de huidige status quo. Aan al deze voordelen ligt een eenvoudig maar zeer belangrijk feit ten grondslag: de winning en het gebruik van waterstof draait om de natuurlijke cyclus van watersamenstelling en -afbraak... Als de mensheid productiemethoden verbetert met behulp van natuurlijke bronnen zoals zonne-energie, wind en water, kan waterstof worden geproduceerd en gebruik in onbeperkte hoeveelheden zonder schadelijke emissies uit te stoten. Als hernieuwbare energiebron is waterstof lange tijd het resultaat geweest van veel onderzoek in verschillende programma's in Noord-Amerika, Europa en Japan. Deze laatsten maken op hun beurt deel uit van het werk aan een breed scala aan gezamenlijke projecten die gericht zijn op het creëren van een complete waterstofinfrastructuur, inclusief productie, opslag, transport en distributie. Vaak gaan deze ontwikkelingen gepaard met forse overheidssubsidies en zijn ze gebaseerd op internationale afspraken. Zo werd in november 2003 de International Hydrogen Economy Partnership Agreement ondertekend, waartoe de grootste geïndustrialiseerde landen ter wereld behoren, zoals Australië, Brazilië, Canada, China, Frankrijk, Duitsland, IJsland, India, Italië en Japan. , Noorwegen, Korea, Rusland, VK, VS en Europese Commissie. Het doel van deze internationale samenwerking is "het organiseren, stimuleren en bundelen van de inspanningen van verschillende organisaties op weg naar het waterstoftijdperk, alsmede het ondersteunen van de creatie van technologieën voor de productie, opslag en distributie van waterstof."

De mogelijke weg naar het gebruik van deze milieuvriendelijke brandstof in de automobielsector kan tweeledig zijn. Een daarvan zijn apparaten die bekend staan ​​​​als "brandstofcellen", waarbij de chemische combinatie van waterstof met zuurstof uit de lucht elektriciteit afgeeft, en de tweede is de ontwikkeling van technologieën voor het gebruik van vloeibare waterstof als brandstof in de cilinders van een klassieke verbrandingsmotor. . De tweede richting is psychologisch dichter bij zowel consumenten als autobedrijven, en BMW is de grootste voorstander.

Productie

Momenteel wordt wereldwijd meer dan 600 miljard kubieke meter zuivere waterstof geproduceerd. De belangrijkste grondstof voor de productie ervan is aardgas, dat wordt verwerkt in een proces dat bekend staat als "reforming". Kleinere hoeveelheden waterstof worden teruggewonnen door andere processen, zoals elektrolyse van chloorverbindingen, gedeeltelijke oxidatie van zware olie, steenkoolvergassing, kolenpyrolyse om cokes te produceren en benzinereforming. Ongeveer de helft van de waterstofproductie in de wereld wordt gebruikt voor de synthese van ammoniak (dat wordt gebruikt als grondstof bij de productie van meststoffen), bij olieraffinage en bij de synthese van methanol. Deze productieschema's belasten het milieu in verschillende mate en helaas biedt geen van hen een zinvol alternatief voor de huidige energiestatus-quo - ten eerste omdat ze niet-hernieuwbare bronnen gebruiken en ten tweede omdat bij de productie ongewenste stoffen zoals koolstof vrijkomen dioxide, dat is de belangrijkste boosdoener. Broeikaseffect. Een interessant voorstel om dit probleem op te lossen, werd onlangs gedaan door onderzoekers, gefinancierd door de Europese Unie en de Duitse regering, die een zogenaamde "sekwestratie"-technologie hebben ontwikkeld, waarbij kooldioxide, geproduceerd tijdens de productie van waterstof uit aardgas, in oude uitgeputte velden. olie, aardgas of steenkool. Dit proces is echter niet eenvoudig uit te voeren, aangezien noch olie- noch gasvelden echte holtes in de aardkorst zijn, maar meestal poreuze zandstructuren.

De meest veelbelovende toekomstige methode om waterstof te produceren blijft de afbraak van water door elektriciteit, bekend sinds de lagere school. Het principe is uiterst eenvoudig: er wordt een elektrische spanning aangelegd op twee elektroden die zijn ondergedompeld in een waterbad, terwijl positief geladen waterstofionen naar de negatieve elektrode gaan en negatief geladen zuurstofionen naar de positieve. In de praktijk worden verschillende hoofdmethoden gebruikt voor deze elektrochemische ontleding van water - "alkalische elektrolyse", "membraanelektrolyse", "hogedrukelektrolyse" en "elektrolyse bij hoge temperatuur".

Alles zou perfect zijn als de eenvoudige rekenkunde van deling het uiterst belangrijke probleem van de oorsprong van de hiervoor benodigde elektriciteit niet zou verstoren. Feit is dat bij de productie ervan op dit moment onvermijdelijk schadelijke bijproducten vrijkomen, waarvan de hoeveelheid en het type varieert afhankelijk van de manier waarop het wordt gedaan, en bovenal is de productie van elektriciteit een inefficiënt en erg duur proces.

Het doorbreken van de vicieuze cirkel en het sluiten van de kringloop van schone energie is momenteel alleen mogelijk wanneer natuurlijke en vooral zonne-energie wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken die nodig is om water af te breken. Het oplossen van dit probleem zal ongetwijfeld veel tijd, geld en moeite vergen, maar in veel delen van de wereld is het op deze manier opwekken van elektriciteit al een feit geworden.

BMW speelt bijvoorbeeld een actieve rol bij de totstandkoming en ontwikkeling van zonne-energiecentrales. De energiecentrale, gebouwd in het kleine Beierse stadje Neuburg, maakt gebruik van fotovoltaïsche cellen om energie op te wekken die waterstof produceert. Systemen die zonne-energie gebruiken om water te verwarmen, zijn bijzonder interessant, zeggen de ingenieurs van het bedrijf, en de resulterende stoom drijft elektriciteitsgeneratoren aan - dergelijke zonne-energiecentrales werken al in de Mojave-woestijn in Californië, die 354 MW elektriciteit opwekt. Ook windenergie wordt steeds belangrijker, waarbij windparken aan de kusten van landen als de VS, Duitsland, Nederland, België en Ierland een steeds belangrijkere economische rol spelen. Ook zijn er in verschillende delen van de wereld bedrijven die waterstof winnen uit biomassa.

Opslaglocatie

Waterstof kan in grote hoeveelheden worden opgeslagen, zowel in gasfase als in vloeibare fase. De grootste van deze reservoirs, waarin waterstof op een relatief lage druk staat, worden "gasmeters" genoemd. Middelgrote en kleinere tanks zijn geschikt om waterstof op te slaan bij een druk van 30 bar, terwijl de kleinste speciale tanks (dure apparaten van speciaal staal of composietmaterialen versterkt met koolstofvezel) een constante druk van 400 bar behouden.

Waterstof kan ook worden opgeslagen in een vloeibare fase bij -253°C per volume-eenheid, met 0 keer meer energie dan bij opslag bij 1,78 bar - om de equivalente hoeveelheid energie in vloeibare waterstof per volume-eenheid te bereiken, moet het gas worden samengeperst tot 700 bar. Juist vanwege de hogere energie-efficiëntie van gekoelde waterstof werkt BMW samen met het Duitse koudemiddelconcern Linde, dat moderne cryogene apparaten heeft ontwikkeld voor het vloeibaar maken en opslaan van waterstof. Wetenschappers bieden ook andere, maar minder toepasbare, alternatieven voor waterstofopslag, bijvoorbeeld opslag onder druk in speciaal metaalmeel in de vorm van metaalhydriden, etc.

Vervoer

In gebieden met een hoge concentratie aan chemische fabrieken en olieraffinaderijen is al een waterstoftransportnet aangelegd. Over het algemeen is de technologie vergelijkbaar met het transport van aardgas, maar het gebruik van dit laatste voor de behoefte aan waterstof is niet altijd mogelijk. Maar zelfs in de vorige eeuw werden veel huizen in Europese steden verlicht door een lichte gasleiding, die tot 50% waterstof bevatte en werd gebruikt als brandstof voor de eerste stationaire verbrandingsmotoren. Het huidige technologieniveau maakt ook transcontinentaal transport van vloeibare waterstof mogelijk via bestaande cryogene tankers, vergelijkbaar met die voor aardgas. Op dit moment doen wetenschappers en ingenieurs de grootste hoop en inspanningen op het gebied van het creëren van geschikte technologieën voor het vloeibaar maken en transporteren van vloeibare waterstof. In die zin zijn het deze schepen, cryogene spoorwegtanks en vrachtwagens die de basis kunnen worden voor het toekomstige transport van waterstof. In april 2004 werd in de directe omgeving van de luchthaven van München het eerste tankstation voor vloeibare waterstof in zijn soort geopend, gezamenlijk ontwikkeld door BMW en Steyr. Met zijn hulp wordt het vullen van de tanks met vloeibare waterstof volledig automatisch uitgevoerd, zonder deelname en zonder risico voor de bestuurder van de auto.