Gyriant prawf BMW a hydrogen: rhan un

Roedd rhuo’r storm oedd ar ddod yn dal i atseinio yn yr awyr wrth i’r awyren enfawr agosáu at y safle glanio ger New Jersey. Ar Fai 6, 1937, gwnaeth llong awyr Hindenburg ei hediad cyntaf o'r tymor, gan fynd â 97 o deithwyr ar ei bwrdd.

Mewn ychydig ddyddiau, mae balŵn enfawr wedi'i lenwi â hydrogen i fod i hedfan yn ôl i Frankfurt am Main. Mae'r holl seddi ar yr hediad wedi cael eu cadw ers amser maith gan ddinasyddion America sy'n awyddus i weld coroni Brenin Siôr VI Prydain, ond penderfynodd ffawd na fyddai'r teithwyr hyn byth yn mynd ar fwrdd cawr yr awyren.

Yn fuan ar ôl cwblhau'r paratoadau ar gyfer glanio'r llong awyr, sylwodd ei rheolwr Rosendahl ar y fflamau ar ei chorff, ac ar ôl ychydig eiliadau trodd y bêl enfawr yn foncyff hedfan erchyll, gan adael dim ond darnau metel truenus ar y ddaear ar ôl hanner awr arall. munud. Un o'r pethau mwyaf syfrdanol am y stori hon yw'r ffaith galonogol bod llawer o'r teithwyr ar fwrdd y llong awyr oedd wedi llosgi wedi llwyddo i oroesi yn y pen draw.

Breuddwydiodd Count Ferdinand von Zeppelin hedfan mewn cerbyd ysgafnach na'r awyr ar ddiwedd y 1917eg ganrif, gan fraslunio diagram bras o awyren llawn nwy ysgafn a lansio prosiectau i'w weithredu'n ymarferol. Bu Zeppelin fyw yn ddigon hir i weld ei greadigaeth yn mynd i mewn i fywydau pobl yn raddol, a bu farw ym 1923, ychydig cyn i'w wlad golli'r Rhyfel Byd Cyntaf, a gwaharddwyd defnyddio ei longau gan Gytundeb Versailles. Anghofiwyd y Zeppelins am nifer o flynyddoedd, ond mae popeth yn newid eto ar gyflymder pendrwm gyda dyfodiad Hitler i rym. Mae pennaeth newydd Zeppelin, Dr. Hugo Eckner, wedi'i argyhoeddi'n gadarn bod angen nifer o newidiadau technolegol sylweddol wrth ddylunio llongau awyr, a'r prif un ohonynt yw disodli hydrogen fflamadwy a pheryglus â heliwm. Yn anffodus, fodd bynnag, ni allai’r Unol Daleithiau, a oedd ar y pryd yr unig gynhyrchydd o’r deunydd crai strategol hwn, werthu heliwm i’r Almaen o dan ddeddf arbennig a basiwyd gan y Gyngres ym 129. Dyma pam mae'r llong newydd, a ddynodwyd yn LZ XNUMX, yn cael ei thanio â hydrogen yn y pen draw.

Mae adeiladu balŵn newydd enfawr wedi'i wneud o aloion alwminiwm ysgafn yn cyrraedd hyd o bron i 300 metr ac mae ganddo ddiamedr o tua 45 metr. Mae'r awyren anferth, sy'n cyfateb i'r Titanic, yn cael ei phweru gan bedair injan diesel 16-silindr, pob un â 1300 hp. Yn naturiol, ni chollodd Hitler y cyfle i droi'r "Hindenburg" yn symbol propaganda byw o'r Almaen Natsïaidd a gwnaeth bopeth posibl i gyflymu dechrau ei ecsbloetio. O ganlyniad, eisoes ym 1936 roedd y llong awyr "ysblennydd" yn gwneud hediadau trawsatlantig rheolaidd.

Ar yr hediad cyntaf ym 1937, roedd safle glanio New Jersey yn orlawn o wylwyr llawn cyffro, cyfarfyddiadau brwdfrydig, perthnasau a newyddiadurwyr, ac arhosodd llawer ohonynt am oriau i'r storm ymsuddo. Mae hyd yn oed y radio yn cwmpasu digwyddiad diddorol. Ar ryw adeg, mae distawrwydd y siaradwr yn torri ar draws y disgwyliad pryderus, sydd, ar ôl eiliad, yn gweiddi'n hysterig: “Mae pelen dân enfawr yn cwympo o'r awyr! Nid oes neb yn fyw ... Mae'r llong yn goleuo'n sydyn ac yn edrych yn syth fel tortsh losgi enfawr. Dechreuodd rhai teithwyr mewn panig neidio o'r gondola i ddianc rhag y tân brawychus, ond fe drodd yn angheuol iddynt oherwydd uchder can metr. Yn y diwedd, dim ond ychydig o'r teithwyr sy'n aros i'r llong awyr nesáu at y tir sydd wedi goroesi, ond mae llawer ohonynt wedi'u llosgi'n ddrwg. Ar ryw adeg, ni allai'r llong wrthsefyll difrod y tân cynddeiriog, a dechreuodd miloedd o litrau o ddŵr balast yn y bwa arllwys i'r ddaear. Mae'r Hindenburg yn rhestru'n gyflym, mae'r pen ôl sy'n llosgi yn cwympo i'r ddaear ac yn gorffen mewn dinistr llwyr mewn 34 eiliad. Mae sioc y sioe yn ysgwyd y dyrfa a gasglwyd ar lawr gwlad. Bryd hynny, ystyriwyd mai taranau oedd achos swyddogol y ddamwain, a achosodd danio hydrogen, ond yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae arbenigwr Almaeneg ac Americanaidd yn dadlau'n bendant bod y drasiedi gyda'r llong Hindenburg, a aeth trwy lawer o stormydd heb broblemau. , oedd achos y trychineb. Ar ôl arsylwi nifer o ffilmiau archifol, daethant i'r casgliad bod y tân wedi cychwyn oherwydd paent hylosg yn gorchuddio croen y llong awyr. Mae tân llong awyr Almaenig yn un o’r trychinebau mwyaf sinistr yn hanes dynolryw, ac mae’r cof am y digwyddiad ofnadwy hwn yn dal yn boenus iawn i lawer. Hyd yn oed heddiw, mae sôn am y geiriau "awyrlong" a "hydrogen" yn dwyn i gof uffern danllyd New Jersey, er pe bai'n cael ei "domestig" yn briodol, gallai'r nwy ysgafnaf a mwyaf toreithiog ei natur fod yn hynod ddefnyddiol, er gwaethaf ei briodweddau peryglus. Yn ôl nifer fawr o wyddonwyr modern, mae oes wirioneddol hydrogen yn dal i fynd rhagddi, er ar yr un pryd, mae rhan fawr arall o'r gymuned wyddonol yn amheus ynghylch amlygiad mor eithafol o optimistiaeth. Ymhlith yr optimistiaid sy'n cefnogi'r ddamcaniaeth gyntaf a chefnogwyr mwyaf pybyr y syniad hydrogen, wrth gwrs, mae'n rhaid bod y Bafariaid o BMW. Mae'n debyg mai cwmni modurol yr Almaen sydd fwyaf ymwybodol o'r heriau anochel ar y llwybr i economi hydrogen ac, yn anad dim, mae'n goresgyn yr anawsterau wrth drosglwyddo o danwydd hydrocarbon i hydrogen.

Uchelgais

Mae’r union syniad o ddefnyddio tanwydd sydd mor gyfeillgar i’r amgylchedd a dihysbydd â chronfeydd tanwydd yn swnio fel hud a lledrith i ddynoliaeth sydd yng ngafael brwydr ynni. Heddiw, mae mwy nag un neu ddau o "gymdeithasau hydrogen" a'u cenhadaeth yw hyrwyddo agwedd gadarnhaol tuag at nwy ysgafn a threfnu cyfarfodydd, symposiwm ac arddangosfeydd yn gyson. Mae cwmni teiars Michelin, er enghraifft, yn buddsoddi'n helaeth mewn trefnu'r Michelin Challenge Bibendum cynyddol boblogaidd, fforwm byd-eang sy'n canolbwyntio ar hydrogen ar gyfer tanwydd a cheir cynaliadwy.

Fodd bynnag, nid yw'r optimistiaeth sy'n deillio o areithiau mewn fforymau o'r fath yn ddigon o hyd ar gyfer gweithredu delfrydol hydrogen gwych, ac mae mynd i mewn i'r economi hydrogen yn ddigwyddiad anfeidrol gymhleth ac anymarferol ar y cam technolegol hwn yn natblygiad gwareiddiad.

Yn ddiweddar, fodd bynnag, mae dynoliaeth wedi bod yn ymdrechu i ddefnyddio mwy a mwy o ffynonellau ynni amgen, sef hydrogen yn gallu dod yn bont bwysig ar gyfer storio ynni solar, gwynt, dŵr a biomas, gan ei droi'n ynni cemegol. ... Yn syml, mae hyn yn golygu na ellir storio'r trydan a gynhyrchir gan y ffynonellau naturiol hyn mewn cyfeintiau mawr, ond gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu hydrogen trwy ddadelfennu dŵr yn ocsigen a hydrogen.

Yn rhyfedd fel y mae'n swnio, mae rhai cwmnïau olew ymhlith prif gefnogwyr y cynllun hwn, ymhlith y rhai mwyaf cyson yw'r cawr olew Prydeinig BP, sydd â strategaeth fuddsoddi benodol ar gyfer buddsoddiadau sylweddol yn y maes hwn. Wrth gwrs, gellir echdynnu hydrogen hefyd o ffynonellau hydrocarbon anadnewyddadwy, ond yn yr achos hwn, rhaid i ddynoliaeth chwilio am ateb i'r broblem o storio carbon deuocsid a gafwyd yn y broses hon. Mae'n ffaith ddiamheuol y gellir datrys problemau technolegol cynhyrchu, storio a chludo hydrogen - yn ymarferol, mae'r nwy hwn eisoes wedi'i gynhyrchu mewn symiau mawr a'i ddefnyddio fel deunydd crai yn y diwydiannau cemegol a phetrocemegol. Yn yr achosion hyn, fodd bynnag, nid yw cost uchel hydrogen yn angheuol, gan ei fod yn "toddi" i gost uchel y cynhyrchion y mae'n cymryd rhan yn y synthesis ohonynt.

Fodd bynnag, mae'r cwestiwn o ddefnyddio nwy ysgafn fel ffynhonnell ynni ychydig yn fwy cymhleth. Mae gwyddonwyr wedi bod yn racio eu hymennydd ers amser maith yn chwilio am ddewis arall strategol posibl i olew tanwydd, a hyd yn hyn maent wedi dod i'r farn unfrydol mai hydrogen yw'r mwyaf ecogyfeillgar ac ar gael mewn digon o egni. Ef yn unig sy'n bodloni'r holl ofynion angenrheidiol ar gyfer trosglwyddo llyfn i newid yn y status quo presennol. Yn sail i’r holl fanteision hyn mae ffaith syml ond pwysig iawn – mae echdynnu a defnyddio hydrogen yn ymwneud â’r cylchred naturiol o gyfansoddi a dadelfennu dŵr… Os yw dynoliaeth yn gwella dulliau cynhyrchu gan ddefnyddio ffynonellau naturiol fel ynni solar, gwynt a dŵr, gellir cynhyrchu hydrogen a defnydd mewn symiau diderfyn heb allyrru unrhyw allyriadau niweidiol. Fel ffynhonnell ynni adnewyddadwy, mae hydrogen wedi bod yn ganlyniad ymchwil sylweddol mewn amrywiol raglenni yng Ngogledd America, Ewrop a Japan ers amser maith. Mae'r olaf, yn ei dro, yn rhan o'r gwaith ar ystod eang o brosiectau ar y cyd gyda'r nod o greu seilwaith hydrogen cyflawn, gan gynnwys cynhyrchu, storio, cludo a dosbarthu. Yn aml, mae cymorthdaliadau sylweddol gan y llywodraeth yn cyd-fynd â'r datblygiadau hyn ac maent yn seiliedig ar gytundebau rhyngwladol. Ym mis Tachwedd 2003, er enghraifft, llofnodwyd y Cytundeb Partneriaeth Economi Hydrogen Rhyngwladol, sy'n cynnwys gwledydd diwydiannol mwyaf y byd fel Awstralia, Brasil, Canada, Tsieina, Ffrainc, yr Almaen, Gwlad yr Iâ, India, yr Eidal a Japan. , Norwy, Korea, Rwsia, y DU, yr Unol Daleithiau a'r Comisiwn Ewropeaidd. Pwrpas y cydweithrediad rhyngwladol hwn yw "trefnu, ysgogi ac uno ymdrechion sefydliadau amrywiol ar y llwybr i'r oes hydrogen, yn ogystal â chefnogi creu technolegau ar gyfer cynhyrchu, storio a dosbarthu hydrogen."

Gall y llwybr posibl i ddefnyddio'r tanwydd ecogyfeillgar hwn yn y sector modurol fod yn ddeublyg. Un ohonynt yw dyfeisiau a elwir yn "gelloedd tanwydd", lle mae'r cyfuniad cemegol o hydrogen ag ocsigen o'r aer yn rhyddhau trydan, a'r ail yw datblygu technolegau ar gyfer defnyddio hydrogen hylif fel tanwydd yn silindrau injan hylosgi mewnol clasurol. . Mae'r ail gyfeiriad yn seicolegol yn agosach at ddefnyddwyr a chwmnïau ceir, a BMW yw ei gefnogwr mwyaf disglair.

Cynhyrchu

Ar hyn o bryd, mae mwy na 600 biliwn metr ciwbig o hydrogen pur yn cael eu cynhyrchu ledled y byd. Y prif ddeunydd crai ar gyfer ei gynhyrchu yw nwy naturiol, sy'n cael ei brosesu mewn proses a elwir yn "ddiwygio". Mae symiau llai o hydrogen yn cael eu hadennill gan brosesau eraill megis electrolysis cyfansoddion clorin, ocsidiad rhannol olew trwm, nwyeiddio glo, pyrolysis glo i gynhyrchu golosg, a diwygio gasoline. Defnyddir tua hanner cynhyrchiad hydrogen y byd ar gyfer synthesis amonia (a ddefnyddir fel porthiant wrth gynhyrchu gwrtaith), mewn puro olew ac wrth synthesis methanol. Mae’r cynlluniau cynhyrchu hyn yn rhoi baich ar yr amgylchedd i raddau amrywiol, ac, yn anffodus, nid oes yr un ohonynt yn cynnig dewis amgen ystyrlon i’r status quo ynni presennol - yn gyntaf, oherwydd eu bod yn defnyddio ffynonellau anadnewyddadwy, ac yn ail, oherwydd bod y cynhyrchiant hwnnw’n rhyddhau sylweddau diangen megis carbon. deuocsid, sef y prif droseddwr. Effaith tŷ gwydr. Yn ddiweddar, gwnaed cynnig diddorol i ddatrys y broblem hon gan ymchwilwyr a ariannwyd gan yr Undeb Ewropeaidd a llywodraeth yr Almaen, sydd wedi creu technoleg “atafaelu” fel y'i gelwir, lle mae carbon deuocsid a gynhyrchir wrth gynhyrchu hydrogen o nwy naturiol yn cael ei bwmpio i mewn. hen gaeau disbyddu. olew, nwy naturiol neu lo. Fodd bynnag, nid yw'r broses hon yn hawdd i'w gweithredu, gan nad yw meysydd olew na nwy yn geudodau gwirioneddol yng nghramen y ddaear, ond yn strwythurau tywodlyd mandyllog gan amlaf.

Y dull mwyaf addawol yn y dyfodol o gynhyrchu hydrogen o hyd yw dadelfeniad dŵr â thrydan, sy'n hysbys ers yr ysgol elfennol. Mae'r egwyddor yn hynod o syml - mae foltedd trydanol yn cael ei gymhwyso i ddau electrod sydd wedi'u trochi mewn baddon dŵr, tra bod ïonau hydrogen â gwefr bositif yn mynd i'r electrod negyddol, ac mae ïonau ocsigen â gwefr negyddol yn mynd i'r un positif. Yn ymarferol, defnyddir sawl prif ddull ar gyfer y dadelfeniad electrocemegol hwn o ddŵr - "electrolysis alcalïaidd", "electrolysis bilen", "electrolysis pwysedd uchel" ac "electrolysis tymheredd uchel".

Byddai popeth yn berffaith pe na bai'r rhifyddeg syml o rannu yn ymyrryd â'r broblem hynod bwysig o darddiad y trydan sydd ei angen at y diben hwn. Y ffaith yw bod ei gynhyrchiad ar hyn o bryd yn anochel yn allyrru sgil-gynhyrchion niweidiol, y mae eu maint a'u math yn amrywio yn dibynnu ar sut y caiff ei wneud, ac, yn anad dim, mae cynhyrchu trydan yn broses aneffeithlon a drud iawn.

Ar hyn o bryd dim ond wrth ddefnyddio ynni naturiol ac yn enwedig ynni'r haul i gynhyrchu trydan sydd ei angen i ddadelfennu dŵr y mae modd torri'r dieflig a chau'r cylch o ynni glân. Heb os, bydd datrys y broblem hon yn gofyn am lawer o amser, arian ac ymdrech, ond mewn sawl rhan o'r byd, mae cynhyrchu trydan yn y modd hwn eisoes wedi dod yn ffaith.

Mae BMW, er enghraifft, yn chwarae rhan weithredol wrth greu a datblygu gweithfeydd pŵer solar. Mae'r gwaith pŵer, a adeiladwyd yn nhref fechan Bafaria, Neuburg, yn defnyddio celloedd ffotofoltäig i gynhyrchu ynni sy'n cynhyrchu hydrogen. Mae systemau sy'n defnyddio ynni'r haul i gynhesu dŵr yn arbennig o ddiddorol, meddai peirianwyr y cwmni, a'r pwerau stêm sy'n deillio o eneraduron trydan - mae planhigion solar o'r fath eisoes yn gweithredu yn Anialwch Mojave yng Nghaliffornia, sy'n cynhyrchu 354 MW o drydan. Mae ynni gwynt hefyd yn dod yn fwyfwy pwysig, gyda ffermydd gwynt ar arfordiroedd gwledydd fel yr Unol Daleithiau, yr Almaen, yr Iseldiroedd, Gwlad Belg ac Iwerddon yn chwarae rhan economaidd gynyddol bwysig. Mae yna gwmnïau hefyd yn echdynnu hydrogen o fiomas mewn gwahanol rannau o'r byd.

Storio

Gellir storio hydrogen mewn symiau mawr mewn cyfnodau nwy a hylif. Gelwir y mwyaf o'r cronfeydd hyn, lle mae'r hydrogen ar bwysedd cymharol isel, yn "fesuryddion nwy". Mae tanciau canolig a llai yn addas ar gyfer storio hydrogen ar bwysedd o 30 bar, tra bod y tanciau arbennig lleiaf (dyfeisiau drud wedi'u gwneud o ddur arbennig neu ddeunyddiau cyfansawdd wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon) yn cynnal pwysau cyson o 400 bar.

Gellir storio hydrogen hefyd mewn cyfnod hylif ar -253 ° C fesul cyfaint uned, sy'n cynnwys 0 gwaith yn fwy o egni na phan gaiff ei storio ar 1,78 bar - i gyflawni'r swm cyfatebol o egni mewn hydrogen hylifedig fesul uned cyfaint, rhaid cywasgu'r nwy i fyny i 700 bar. Yn union oherwydd effeithlonrwydd ynni uwch hydrogen wedi'i oeri y mae BMW yn cydweithredu â'r pryder rheweiddio Almaeneg Linde, sydd wedi datblygu dyfeisiau cryogenig modern ar gyfer hylifo a storio hydrogen. Mae gwyddonwyr hefyd yn cynnig dewisiadau eraill, ond llai perthnasol, yn lle storio hydrogen, er enghraifft, storio dan bwysau mewn blawd metel arbennig ar ffurf hydridau metel, ac ati.

Cludiant

Mewn ardaloedd sydd â chrynodiad uchel o blanhigion cemegol a phurfeydd olew, mae rhwydwaith trosglwyddo hydrogen eisoes wedi'i sefydlu. Yn gyffredinol, mae'r dechnoleg yn debyg i gludo nwy naturiol, ond nid yw defnyddio'r olaf ar gyfer anghenion hydrogen bob amser yn bosibl. Fodd bynnag, hyd yn oed yn y ganrif ddiwethaf, cafodd llawer o dai mewn dinasoedd Ewropeaidd eu goleuo gan biblinell nwy ysgafn, a oedd yn cynnwys hyd at 50% hydrogen ac a ddefnyddiwyd fel tanwydd ar gyfer y peiriannau tanio mewnol llonydd cyntaf. Mae lefel technoleg heddiw hefyd yn caniatáu cludo hydrogen hylifedig trwy dancrs cryogenig sy'n debyg i'r rhai a ddefnyddir ar gyfer nwy naturiol. Ar hyn o bryd, mae'r gobeithion a'r ymdrechion mwyaf yn cael eu gwneud gan wyddonwyr a pheirianwyr ym maes creu technolegau digonol ar gyfer hylifo a chludo hydrogen hylif. Yn yr ystyr hwn, y llongau hyn, tanciau rheilffordd cryogenig a thryciau a all ddod yn sail ar gyfer cludo hydrogen yn y dyfodol. Ym mis Ebrill 2004, agorwyd yr orsaf llenwi hydrogen hylifedig gyntaf o'i math, a ddatblygwyd ar y cyd gan BMW a Steyr, yng nghyffiniau Maes Awyr Munich. Gyda'i help, mae llenwi'r tanciau â hydrogen hylifedig yn cael ei wneud yn llawn yn awtomatig, heb gymryd rhan a heb risg i yrrwr y car.