BMW және сутегі сынақ дискісі: бірінші бөлім

Үлкен ұшақ Нью-Джерси маңындағы қону алаңына жақындап келе жатқанда, дауылдың дауысы аспанда әлі де жаңғырды. 6 жылы 1937 мамырда Хинденбург әуе кемесі бортында 97 жолаушыны қабылдап, маусымның алғашқы рейсін жасады.

Бірнеше күннің ішінде сутегі толтырылған үлкен шар Франкфурт-на-Майнға қайтуы керек. Ұшу кезіндегі барлық орындарды ұзақ уақыт британдық король Джордж VI-тің куәсі болғысы келетін американдықтар сақтап қалды, бірақ тағдыр бұл жолаушылар ешқашан ұшақ алыптарына мінбейді деп шешті.

Дирижаблдың қонуына дайындық аяқталғаннан кейін көп ұзамай оның командирі Розендаль оның корпусындағы жалынды байқады, ал бірнеше секундтан кейін үлкен доп қорқынышты ұшатын бөренеге айналып, жарты сағаттан кейін жерде тек аянышты металл сынықтарын қалдырды. минут. Бұл оқиғаның ең таңғаларлық жайттарының бірі - жанып жатқан дирижабльдегі көптеген жолаушылардың ақырында аман қалуы.

Граф Фердинанд фон Зеппелин 1917-ғасырдың аяғында жеңіл газбен жүретін ұшақпен ұшуды армандады, жеңіл газбен толтырылған ұшақтың сызбасын сызып, оны іс жүзінде жүзеге асыру үшін жобаларды бастайды. Зеппелин өзінің шығармашылығының адамдар өміріне біртіндеп енетінін көру үшін ұзақ өмір сүрді және 1923 жылы қайтыс болды, оның елі Бірінші дүниежүзілік соғыстан айрылғанға дейін және оның кемелерін пайдалануға Версаль келісімімен тыйым салынған болатын. Цеппелиндер көптеген жылдар бойы ұмытылды, бірақ бәрі Гитлердің билікке келуімен қайтадан жылдамдықпен өзгереді. Зеппелиннің жаңа басшысы доктор Уго Экнер әуе кемелерін жобалауда бірқатар маңызды технологиялық өзгерістер қажет деп санайды, олардың ең бастысы - тез жанатын және қауіпті сутекті гелиймен алмастыру. Өкінішке орай, сол кезде осы стратегиялық шикізаттың жалғыз өндірушісі болған АҚШ 129 жылы Конгресс қабылдаған арнайы заң бойынша гелийді Германияға сата алмады. Сондықтан LZ XNUMX деп аталатын жаңа кеме, ақырында, сутегіге толады.

Жеңіл алюминий қорытпаларынан жасалған үлкен жаңа шардың құрылысы шамамен 300 метрге жетеді және диаметрі шамамен 45 метрді құрайды. «Титаникке» тең келетін алып ұшақтың әрқайсысы 16 а.к. болатын 1300 цилиндрлі төрт қозғалтқышы бар. Әрине, Гитлер «Хинденбургті» фашистік Германияның жарқын насихаттық нышанына айналдыру мүмкіндігін жіберіп алмады және оны эксплуатациялауды тездету үшін қолдан келгеннің бәрін жасады. Нәтижесінде, 1936 жылы «керемет» дирижабль тұрақты трансатлантикалық рейстер жасады.

1937 жылы алғашқы рейсте Нью-Джерси қону алаңы толқыған көрермендерге, ынталы кездесулерге, туыстар мен журналистерге толы болды, олардың көпшілігі дауылдың басылуын бірнеше сағат бойы күтті. Тіпті радионың өзі қызықты оқиғаны көрсетеді. Бір кезде мазасыз күтуді сөйлеушінің үнсіздігі үзіп, біраз уақыттан кейін истерикамен айқайлайды: «Аспаннан үлкен отты шар құлап жатыр! Тірі ешкім жоқ... Кеме кенет жанып, әп-сәтте жанып тұрған алып шамға ұқсайды. Дүрбелеңдегі кейбір жолаушылар қорқынышты өрттен құтылу үшін гондолдан секіре бастады, бірақ олардың биіктігі жүз метр болғандықтан өлімге әкелді. Ақырында, дирижабльдің құрлыққа жақындауын күткен жолаушылардың біразы ғана аман қалады, бірақ олардың көпшілігі қатты күйіп кетті. Бір кезде кеме лаулаған өрттің зақымдануына төтеп бере алмай, садақтағы мыңдаған литр балласт суы жерге құйыла бастады. Гинденбург тізімі жылдам, жанып жатқан артқы жағы жерге құлап, 34 секундта толығымен жойылады. Көріністің дүбірі жерге жиналған жұртты дүр сілкіндіреді. Ол кезде апаттың ресми себебі сутегінің тұтануына себеп болған күн күркіреуі деп саналды, бірақ соңғы жылдары неміс және американдық сарапшы көптеген дауылдардан еш қиындықсыз өткен Гинденбург кемесіндегі қайғылы оқиғаны үзілді-кесілді дәлелдейді. , апаттың себебі болды. Мұрағаттық жазбаларды көптеген бақылаулардан кейін олар өрт дирижабль терісін жауып тұрған жанғыш бояудан шыққан деген қорытындыға келді. Неміс дирижаблының өрті адамзат тарихындағы ең қорқынышты апаттардың бірі болып табылады және бұл қорқынышты оқиғаны еске алу көптеген адамдар үшін әлі де ауыр. Тіпті бүгінгі күні де «соқыр» және «сутегі» сөздерін еске түсіру Нью-Джерсидегі отты тозақты тудырады, дегенмен егер тиісті түрде «үйдендірілсе», табиғаттағы ең жеңіл және ең көп газ қауіпті қасиеттеріне қарамастан өте пайдалы болуы мүмкін. Көптеген заманауи ғалымдардың пікірінше, сутегінің нақты дәуірі әлі де жалғасуда, бірақ сонымен бірге ғылыми қоғамдастықтың басқа үлкен бөлігі оптимизмнің мұндай экстремалды көріністеріне күмәнмен қарайды. Бірінші гипотезаны қолдайтын оптимистер мен сутегі идеясының ең сенімді жақтаушылары арасында, әрине, BMW-дан шыққан бавариялықтар болуы керек. Неміс автомобиль компаниясы сутегі экономикасы жолындағы сөзсіз қиындықтарды жақсы біледі және, ең алдымен, көмірсутекті отыннан сутегіге көшудегі қиындықтарды жеңеді.

Менмендіктен

Жанармай қоры сияқты экологиялық таза және сарқылмайтын отынды пайдалану идеясының өзі энергетикалық күрестің шырмауында тұрған адамзат үшін сиқыр сияқты естіледі. Бүгінгі таңда жеңіл газға деген оң көзқарасты насихаттап, үнемі кездесулер, симпозиумдар мен көрмелер ұйымдастыруды мақсат еткен бірді-екілі «сутегі қоғамдары» бар. Мысалы, Michelin шина өндіруші компаниясы тұрақты отын мен автокөліктерге арналған сутегі мәселесіне арналған жаһандық форумның танымалдылығы артып келе жатқан Michelin Challenge Bibendum-ды ұйымдастыруға қомақты қаржы салуда.

Дегенмен, мұндай форумдардағы сөйлеген сөздерден туындайтын оптимизм керемет сутегі идилін іс жүзінде жүзеге асыру үшін әлі де жеткіліксіз, ал сутегі экономикасына ену өркениет дамуының осы технологиялық кезеңінде шексіз күрделі және жүзеге асырылмайтын оқиға болып табылады.

Соңғы уақытта адамзат баламалы энергия көздерін көбірек қолдануға тырысуда, атап айтқанда, сутегі күн, жел, су және биомасса энергиясын сақтау, оны химиялық энергияға айналдыру үшін маңызды көпір бола алады. ... Қарапайым тілмен айтқанда, бұл табиғи көздерден өндірілген электр қуатын көп мөлшерде сақтауға болмайды, бірақ оны суды оттегі мен сутекке бөлу арқылы сутегі өндіруге пайдалануға болады.

Біртүрлі естілгенімен, кейбір мұнай компаниялары осы схеманың негізгі жақтаушыларының бірі болып табылады, олардың арасында ең дәйектісі осы салаға елеулі инвестициялар үшін нақты инвестициялық стратегиясы бар британдық мұнай алыбы BP болып табылады. Әрине, сутегіні қалпына келмейтін көмірсутек көздерінен де алуға болады, бірақ бұл жағдайда адамзат осы процесте алынған көмірқышқыл газын сақтау мәселесінің шешімін іздеуі керек. Сутегін өндіру, сақтау және тасымалдаудың технологиялық мәселелері шешілетіні даусыз шындық – іс жүзінде бұл газ қазірдің өзінде көп мөлшерде өндіріліп, химия және мұнай-химия өнеркәсібінде шикізат ретінде пайдаланылады. Бұл жағдайларда, алайда, сутегінің жоғары құны өлімге әкелмейді, өйткені ол синтездеуге қатысатын өнімдердің жоғары құнына «еріп кетеді».

Дегенмен, жеңіл газды энергия көзі ретінде пайдалану мәселесі біршама күрделірек. Ғалымдар ұзақ уақыт бойы мазутқа ықтимал стратегиялық балама іздеуде, және осы уақытқа дейін олар сутегі ең экологиялық таза және жеткілікті энергиясы бар деген бірауыздан пікірге келді. Тек ол ағымдағы статус-квоның өзгеруіне кедергісіз өту үшін барлық қажетті талаптарға жауап береді. Барлық осы артықшылықтардың астарында қарапайым, бірақ өте маңызды факт жатыр – сутегін алу және пайдалану судың қосылуы мен ыдырауының табиғи циклі төңірегінде жүреді... Егер адамзат күн энергиясы, жел және су сияқты табиғи көздерді пайдалана отырып, өндіріс әдістерін жетілдірсе, сутегін өндіруге болады. және ешбір зиянды шығарындыларсыз шектеусіз мөлшерде пайдалану. Жаңартылатын энергия көзі ретінде сутегі ұзақ уақыт бойы Солтүстік Америкада, Еуропада және Жапонияда әртүрлі бағдарламалардағы маңызды зерттеулердің нәтижесі болды. Соңғысы, өз кезегінде, өндіруді, сақтауды, тасымалдауды және таратуды қоса алғанда, толық сутегі инфрақұрылымын құруға бағытталған бірлескен жобалардың кең ауқымы бойынша жұмыстардың бір бөлігі болып табылады. Көбінесе бұл әзірлемелер елеулі мемлекеттік субсидиялармен бірге жүреді және халықаралық келісімдерге негізделеді. Мысалы, 2003 жылдың қарашасында сутегі экономикасы бойынша халықаралық серіктестік туралы келісімге қол қойылды, оған Австралия, Бразилия, Канада, Қытай, Франция, Германия, Исландия, Үндістан, Италия және Жапония сияқты әлемнің ірі индустриялық елдері кіреді. , Норвегия, Корея, Ресей, Ұлыбритания, АҚШ және Еуропалық комиссия. Бұл халықаралық ынтымақтастықтың мақсаты «сутегі дәуіріне барар жолдағы әртүрлі ұйымдардың күш-жігерін ұйымдастыру, ынталандыру және біріктіру, сондай-ақ сутегін өндіру, сақтау және тарату технологияларын құруға қолдау көрсету».

Бұл экологиялық таза отынды автомобиль секторында пайдаланудың ықтимал жолы екі жақты болуы мүмкін. Олардың бірі – «отын элементтері» деп аталатын құрылғылар, онда сутегінің ауадағы оттегімен химиялық қосылысы электр тогын бөледі, екіншісі - классикалық іштен жанатын қозғалтқыштың цилиндрлерінде сұйық сутекті отын ретінде пайдалану технологияларын әзірлеу. . Екінші бағыт психологиялық тұрғыдан тұтынушыларға да, автокөлік компанияларына да жақын, ал BMW оның ең жарқын қолдаушысы.

Өндіріс

Қазіргі уақытта дүние жүзінде 600 миллиард текше метрден астам таза сутегі өндіріледі. Оны өндірудің негізгі шикізаты табиғи газ болып табылады, ол «риформинг» деп аталатын процесте өңделеді. Сутегінің аз мөлшері хлор қосылыстарының электролизі, ауыр мұнайдың ішінара тотығуы, көмірді газдандыру, кокс алу үшін көмір пиролизі және бензинді риформинг сияқты басқа процестер арқылы алынады. Дүние жүзіндегі сутегі өндірісінің жартысына жуығы аммиак синтезіне (ол тыңайтқыштар өндірісінде шикізат ретінде пайдаланылады), мұнай өңдеуге және метанол синтезіне жұмсалады. Бұл өндірістік схемалар қоршаған ортаға әртүрлі дәрежеде ауыртпалық түсіреді және, өкінішке орай, олардың ешқайсысы қазіргі энергетикалық статус-квоға маңызды балама ұсынбайды - біріншіден, олар жаңартылмайтын көздерді пайдаланатындықтан, екіншіден, бұл өндіріс көміртегі сияқты қажетсіз заттарды шығарады. негізгі кінәлі болып табылатын диоксид. Парниктік эффект. Жақында Еуропалық Одақ пен Германия үкіметі қаржыландыратын зерттеушілер бұл мәселені шешуге қызықты ұсыныс жасады, олар табиғи газдан сутегін өндіру кезінде пайда болатын көмірқышқыл газын айдайтын «секвестр» деп аталатын технологияны жасады. ескі таусылған кен орындары. мұнай, табиғи газ немесе көмір. Бірақ бұл процесті жүзеге асыру оңай емес, өйткені мұнай да, газ кен орындары да жер қыртысындағы шынайы қуыстар емес, көбінесе кеуекті құмды құрылымдар болып табылады.

Сутегін алудың болашақтағы ең перспективалы әдісі - бастауыш мектептен белгілі судың электрмен ыдырауы. Принцип өте қарапайым - су моншасына батырылған екі электродқа электр кернеуі беріледі, ал оң зарядталған сутегі иондары теріс электродқа, ал теріс зарядталған оттегі иондары оңға өтеді. Іс жүзінде судың осы электрохимиялық ыдырауы үшін бірнеше негізгі әдістер қолданылады – «сілтілі электролиз», «мембраналық электролиз», «жоғары қысымды электролиз» және «жоғары температура электролизі».

Бөлудің қарапайым арифметикасы осы мақсатқа қажетті электр энергиясының шығу тегі туралы өте маңызды мәселеге кедергі жасамаса, бәрі тамаша болар еді. Өйткені, қазіргі уақытта оның өндірісі міндетті түрде зиянды жанама өнімдерді шығарады, оның мөлшері мен түрі қалай жасалатынына байланысты өзгереді және ең алдымен электр энергиясын өндіру тиімсіз және өте қымбат процесс болып табылады.

Қазіргі уақытта судың ыдырауы үшін қажет электр энергиясын өндіру үшін табиғи және әсіресе күн энергиясын пайдаланған кезде, таза энергияны өшіру және циклды жабу мүмкін болады. Бұл мәселені шешу көп уақытты, күш пен күшті қажет етеді, бірақ әлемнің көптеген бөліктерінде электр энергиясын осылай өндіру қазірдің өзінде шындыққа айналды.

Мысалы, BMW күн электр станцияларын құру мен дамытуда белсенді рөл атқарады. Баварияның шағын Нойбург қаласында салынған электр станциясы сутегін өндіретін энергия өндіру үшін фотоэлектрлік элементтерді пайдаланады. Суды жылыту үшін күн энергиясын пайдаланатын жүйелер ерекше қызықты дейді компания инженерлері, нәтижесінде пайда болған бу электр генераторларын қуаттайды – мұндай күн электр станциялары Калифорниядағы 354 МВт электр энергиясын өндіретін Мохаве шөлінде қазірдің өзінде жұмыс істеп тұр. АҚШ, Германия, Нидерланды, Бельгия және Ирландия сияқты елдердің жағалауларындағы жел электр станциялары барған сайын маңызды экономикалық рөл атқара отырып, жел электр қуатының да маңыздылығы артып келеді. Сондай-ақ әлемнің әртүрлі бөліктерінде биомассадан сутегін алатын компаниялар бар.

Сақтау орны

Сутекті газда да, сұйық фазада да көп мөлшерде сақтауға болады. Сутегі салыстырмалы түрде төмен қысымға ие бұл су қоймаларының ішіндегі ең үлкені «газ есептегіштері» деп аталады. Орташа және кіші резервуарлар сутекті 30 бар қысымында сақтауға жарамды, ал ең кішкентай арнайы резервуарлар (арнайы болаттан немесе көміртекті талшықпен нығайтылған композициялық материалдардан жасалған қымбат құрылғылар) 400 бар тұрақты қысым сақтайды.

Сутекті сұйық фазада көлем бірлігінде -253°С температурада сақтауға болады, оның құрамында 0 барда сақталғаннан 1,78 есе көп энергия бар – көлем бірлігіне сұйытылған сутегідегі энергияның баламалы мөлшеріне жету үшін газды сығымдау керек. 700 барға дейін. Дәл салқындатылған сутегінің энергия тиімділігі жоғары болғандықтан, BMW сутегін сұйылту және сақтау үшін заманауи криогендік құрылғыларды жасаған неміс тоңазытқышы Linde концернімен ынтымақтасады. Ғалымдар сонымен қатар сутегі қоймасының басқа, бірақ аз қолданылатын баламаларын ұсынады, мысалы, металл гидридтері түріндегі арнайы металл ұнында қысыммен сақтау және т.б.

Тасымалдау

Химиялық зауыттар мен мұнай өңдейтін зауыттар көп шоғырланған жерлерде қазірдің өзінде сутегі тарату желісі құрылды. Тұтастай алғанда, технология табиғи газды тасымалдауға ұқсас, бірақ оны сутегі қажеттілігі үшін пайдалану әрдайым мүмкін емес. Алайда, өткен ғасырда да, Еуропа қалаларындағы көптеген үйлерде 50% -ке дейінгі сутегі бар және алғашқы стационарлық ішкі жану қозғалтқыштары үшін отын ретінде пайдаланылған жеңіл газ құбыры жарықтандырылды. Технологияның бүгінгі деңгейі табиғи газ үшін қолданылатын сияқты криогендік танкерлер арқылы сұйытылған сутекті трансконтинентальды тасымалдауға мүмкіндік береді. Қазіргі уақытта ғалымдар мен инженерлер сұйық сутекті сұйылту және тасымалдау үшін барабар технологиялар жасау саласында үлкен үміт пен күш салуда. Бұл тұрғыда дәл осы кемелер, криогендік теміржол цистерналары мен жүк көліктері болашақта сутекті тасымалдауға негіз бола алады. 2004 жылдың сәуірінде Мюнхен әуежайына жақын маңда BMW және Steyr бірлесіп жасаған сұйытылған сутегі құятын стансасы ашылды. Оның көмегімен резервуарларды сұйытылған сутегіге толтыру толығымен автоматты түрде, автомобиль жүргізушісі үшін қатысусыз және қатерсіз жүзеге асырылады.