Proba BMW e hidróxeno: primeira parte

O ruxido da inminente tormenta aínda ecoaba no ceo cando o enorme avión se achegaba ao lugar de aterraxe preto de Nova Jersey. O 6 de maio de 1937, o dirigible Hindenburg realizou o seu primeiro voo da tempada, levando a bordo a 97 pasaxeiros.

En poucos días, un enorme globo cheo de hidróxeno deberá voar de volta a Frankfurt am Main. Todos os asentos do voo foron reservados por cidadáns americanos desexosos de presenciar a coroación do rei británico Jorge VI, pero o destino decretou que estes pasaxeiros nunca subirían ao xigante da aeronave.

Pouco despois de completarse os preparativos para o desembarco da aeronave, o seu comandante Rosendahl observou as chamas no seu casco, e ao cabo duns segundos a enorme bola converteuse nun ominoso tronco voador, deixando só fragmentos metálicos lamentables no chan despois de outro medio minuto. minuto. Unha das cousas máis sorprendentes desta historia é o feito conmovedor de que moitos dos pasaxeiros a bordo da aeronave en chamas lograron sobrevivir.

O conde Ferdinand von Zeppelin soñaba con voar nun vehículo máis lixeiro que o aire a finais do século XIX, esbozando un diagrama aproximado dun avión lixeiro cheo de gas e lanzando proxectos para a súa práctica aplicación. Zeppelin viviu o tempo suficiente para ver como a súa creación entrou gradualmente na vida das persoas e morreu en 1917, pouco antes de que o seu país perdese a Primeira Guerra Mundial, e o tratamento de Versalles prohibiu o uso dos seus barcos. Os Zeppelins foron esquecidos durante moitos anos, pero todo cambia de novo a unha velocidade vertixinosa co ascenso ao poder de Hitler. O novo xefe de Zeppelin, o doutor Hugo Eckner, está firmemente convencido de que son necesarios unha serie de cambios tecnolóxicos significativos no deseño de dirixibles, o principal dos cales é a substitución de hidróxeno inflamable e perigoso por helio. Por desgraza, con todo, os Estados Unidos, que naquel momento era o único produtor desta materia prima estratéxica, non podían vender helio a Alemaña segundo unha lei especial aprobada polo Congreso en 1923. É por iso que o novo buque, denominado LZ 129, acaba alimentándose con hidróxeno.

A construción dun enorme globo novo feito con aliaxes lixeiras de aluminio ten case 300 metros de longo e ten un diámetro duns 45 metros. O avión xigante, equivalente ao Titanic, está impulsado por catro motores diésel de 16 cilindros, cada un con 1300 CV. Naturalmente, Hitler non perdeu a oportunidade de converter ao "Hindenburg" nun símbolo propagandístico vivo da Alemaña nazi e fixo todo o posible para acelerar o inicio da súa explotación. Como resultado, xa en 1936 o "espectacular" dirixible realizaba voos transatlánticos regulares.

No primeiro voo de 1937, o lugar de aterraxe de Nova Jersey estaba ateigado de espectadores entusiasmados, encontros entusiasmados, familiares e xornalistas, moitos dos cales esperaron durante horas a que a tormenta amainase. Incluso a radio recolle un evento interesante. Nalgún momento, a ansiosa expectación vese interrompida polo silencio do interlocutor que, ao cabo dun momento, grita histéricamente: “Unha enorme bóla de lume cae do ceo! Non hai ninguén vivo... O barco acéndese de súpeto e ao instante parece un facho xigante. Uns pasaxeiros aterrorizados comezaron a saltar desde a góndola para escapar do terrorífico incendio, pero resultoulles fatal pola altura dos cen metros. Ao final, só sobreviven algúns dos pasaxeiros que agardan a que a aeronave se achegue a terra, pero moitos deles están gravemente queimados. Nalgún momento, o barco non puido resistir os danos do lume, e miles de litros de auga de lastre na proa comezaron a verterse ao chan. O Hindenburg lista rapidamente, a parte traseira en chamas estrela contra o chan e remata en completa destrución en 34 segundos. O choque do espectáculo axita á multitude reunida no chan. Nese momento, a causa oficial do choque foi considerada como un trono, que provocou a ignición do hidróxeno, pero nos últimos anos, un experto alemán e estadounidense argumentan rotundamente que a traxedia co barco Hindenburg, que pasou por moitas tormentas sen problemas. , foi a causa do desastre. Despois de numerosas observacións de imaxes de arquivo, chegaron á conclusión de que o lume comezou debido á pintura combustible que cubría a pel da aeronave. O incendio dunha aeronave alemá é un dos desastres máis sinistros da historia da humanidade, e a lembranza deste terrible suceso aínda é moi dolorosa para moitos. Aínda hoxe, a mención das palabras "dirixible" e "hidróxeno" evoca o inferno ardente de Nova Jersey, aínda que se se "domestica" adecuadamente, o gas máis lixeiro e abundante da natureza podería ser sumamente útil, a pesar das súas perigosas propiedades. Segundo un gran número de científicos modernos, a verdadeira era do hidróxeno aínda está en curso, aínda que, ao mesmo tempo, a outra gran parte da comunidade científica é escéptica sobre tales manifestacións extremas de optimismo. Entre os optimistas que apoian a primeira hipótese e os máis firmes partidarios da idea do hidróxeno, por suposto, deben estar os bávaros de BMW. A automoción alemá probablemente sexa mellor consciente dos inevitables retos no camiño cara á economía do hidróxeno e, sobre todo, supere as dificultades na transición dos hidrocarburos ao hidróxeno.

Ambición

A mesma idea de usar un combustible tan ecolóxico e inesgotable como as reservas de combustible soa como máxica para unha humanidade sometida a unha loita enerxética. Hoxe en día existen máis dunha ou dúas “sociedades do hidróxeno” que teñen como misión promover unha actitude positiva cara ao gas lixeiro e organizar constantemente encontros, simposios e exposicións. A empresa de pneumáticos Michelin, por exemplo, está a investir moito na organización do cada vez máis popular Michelin Challenge Bibendum, un foro global centrado no hidróxeno para combustibles e coches sostibles.

Non obstante, o optimismo que emana dos discursos deste tipo de foros aínda non é suficiente para a implementación práctica dun marabilloso idilio do hidróxeno, e entrar na economía do hidróxeno é un evento infinitamente complexo e impracticable nesta etapa tecnolóxica do desenvolvemento da civilización.

Non obstante, recentemente a humanidade está a empeñarse en utilizar cada vez máis fontes de enerxía alternativas, é dicir, o hidróxeno pode converterse nunha importante ponte para almacenar enerxía solar, eólica, auga e biomasa, converténdoa en enerxía química. ... En termos sinxelos, isto significa que a electricidade xerada por estas fontes naturais non se pode almacenar en grandes volumes, senón que se pode usar para producir hidróxeno descompoñendo a auga en osíxeno e hidróxeno.

Por estraño que pareza, algunhas petroleiras están entre as principais impulsoras deste esquema, entre as que a máis consistente é o xigante petroleiro británico BP, que conta cunha estratexia de investimento específica para investimentos importantes neste ámbito. Por suposto, tamén se pode extraer hidróxeno de fontes de hidrocarburos non renovables, pero neste caso a humanidade debe buscar unha solución ao problema de almacenar o dióxido de carbono obtido neste proceso. É un feito indiscutible que os problemas tecnolóxicos da produción, almacenamento e transporte de hidróxeno son resolubles; na práctica, este gas xa se produce en grandes cantidades e úsase como materia prima nas industrias química e petroquímica. Nestes casos, non obstante, o elevado custo do hidróxeno non é fatal, xa que se "funde" no elevado custo dos produtos na síntese dos que participa.

Non obstante, a cuestión do uso do gas lixeiro como fonte de enerxía é algo máis complicada. Os científicos levan moito tempo apurando os cerebros buscando unha posible alternativa estratéxica ao fuel, e ata agora chegaron á opinión unánime de que o hidróxeno é o máis respectuoso co medio ambiente e dispoñible en enerxía suficiente. Só el cumpre todos os requisitos necesarios para unha transición suave cara a un cambio no status quo actual. Debaixo de todos estes beneficios hai un feito sinxelo pero moi importante: a extracción e o uso do hidróxeno xira arredor do ciclo natural de composición e descomposición da auga... Se a humanidade mellora os métodos de produción utilizando fontes naturais como a enerxía solar, o vento e a auga, pódese producir hidróxeno. e úsase en cantidades ilimitadas sen emitir ningunha emisión nociva. Como fonte de enerxía renovable, o hidróxeno foi durante moito tempo o resultado dunha importante investigación en varios programas en América do Norte, Europa e Xapón. Estes últimos, pola súa banda, forman parte do traballo nun amplo abano de proxectos conxuntos destinados a crear unha infraestrutura completa de hidróxeno, incluíndo produción, almacenamento, transporte e distribución. Moitas veces estes desenvolvementos van acompañados de importantes subvencións gobernamentais e baséanse en acordos internacionais. En novembro de 2003, por exemplo, asinouse o Acordo de Asociación para a Economía do Hidróxeno, que inclúe aos maiores países industrializados do mundo como Australia, Brasil, Canadá, China, Francia, Alemaña, Islandia, India, Italia e Xapón. , Noruega, Corea, Rusia, Reino Unido, EEUU e Comisión Europea. O obxectivo desta cooperación internacional é "organizar, estimular e unir os esforzos de diversas organizacións no camiño cara á era do hidróxeno, así como apoiar a creación de tecnoloxías para a produción, almacenamento e distribución de hidróxeno".

O posible camiño para o uso deste combustible ecolóxico no sector da automoción pode ser dobre. Un deles son os dispositivos coñecidos como "pilas de combustible", nos que a combinación química do hidróxeno co osíxeno do aire libera electricidade, e o segundo é o desenvolvemento de tecnoloxías para utilizar hidróxeno líquido como combustible nos cilindros dun motor clásico de combustión interna. . A segunda dirección está psicoloxicamente máis próxima tanto aos consumidores como ás compañías de automóbiles, e BMW é o seu máis brillante partidario.

Produción

Actualmente, prodúcense máis de 600 mil millóns de metros cúbicos de hidróxeno puro en todo o mundo. A principal materia prima para a súa produción é o gas natural, que se procesa nun proceso coñecido como “reforma”. Cantidades máis pequenas de hidróxeno son recuperadas por outros procesos como a electrólise de compostos de cloro, a oxidación parcial do petróleo pesado, a gasificación do carbón, a pirólise do carbón para producir coque e o reformado de gasolina. Aproximadamente a metade da produción mundial de hidróxeno utilízase para a síntese de amoníaco (que se utiliza como materia prima na produción de fertilizantes), no refino de petróleo e na síntese de metanol. Estes esquemas de produción cargan o medio ambiente en diferentes graos e, por desgraza, ningún deles ofrece unha alternativa significativa ao actual status quo enerxético, en primeiro lugar, porque utilizan fontes non renovables e, en segundo lugar, porque esa produción libera substancias non desexadas como o carbono. dióxido, que é o principal culpable. Efecto invernadoiro. Unha interesante proposta para resolver este problema foi formulada recentemente por investigadores financiados pola Unión Europea e o goberno alemán, que crearon unha tecnoloxía denominada "secuestro", na que se bombea o dióxido de carbono producido durante a produción de hidróxeno a partir do gas natural. vellos campos esgotados. petróleo, gas natural ou carbón. Non obstante, este proceso non é doado de implementar, xa que nin os campos de petróleo nin de gas son verdadeiras cavidades na codia terrestre, senón que a maioría das veces son estruturas areosas porosas.

O método futuro máis prometedor para producir hidróxeno segue sendo a descomposición da auga pola electricidade, coñecida desde a escola primaria. O principio é moi sinxelo: aplícase unha tensión eléctrica a dous electrodos mergullados nun baño de auga, mentres que os ións de hidróxeno cargados positivamente van ao electrodo negativo e os ións de osíxeno cargados negativamente ao positivo. Na práctica, úsanse varios métodos principais para esta descomposición electroquímica da auga: "electrólise alcalina", "electrólise de membrana", "electrólise de alta presión" e "electrólise de alta temperatura".

Todo estaría perfecto se a simple aritmética da división non interferise co problema sumamente importante da orixe da electricidade necesaria para este fin. O caso é que na actualidade, a súa produción emite inevitablemente subprodutos nocivos, cuxa cantidade e tipo varía segundo como se faga e, sobre todo, a produción de enerxía eléctrica é un proceso pouco eficiente e moi custoso.

Romper o vicioso e pechar o ciclo de enerxía limpa actualmente só é posible cando se usa enerxía natural e especialmente a solar para xerar a electricidade necesaria para descompoñer a auga. Resolver esta tarefa requirirá sen dúbida moito tempo, diñeiro e esforzo, pero en moitas partes do mundo xerar electricidade deste xeito xa se converteu nun feito.

BMW, por exemplo, xoga un papel activo na creación e desenvolvemento de centrais solares. A central, construída na pequena cidade bávara de Neuburg, utiliza células fotovoltaicas para producir enerxía que produce hidróxeno. Os sistemas que usan a enerxía solar para quentar auga son especialmente interesantes, afirman os enxeñeiros da compañía, e o vapor resultante alimenta os xeradores de electricidade - tales plantas solares xa están funcionando no deserto de Mojave en California, que xera 354 MW de electricidade. A enerxía eólica tamén cobra cada vez máis importancia, con parques eólicos nas costas de países como EE.UU., Alemaña, Holanda, Bélxica e Irlanda xogando un papel económico cada vez máis importante. Tamén hai empresas que extraen hidróxeno da biomasa en diferentes partes do mundo.

Situación de almacenamento

O hidróxeno pódese almacenar en grandes cantidades tanto en fase gasosa como en fase líquida. O maior destes encoros, no que o hidróxeno está a unha presión relativamente baixa, chámanse "contadores de gas". Os tanques medianos e pequenos son adecuados para almacenar hidróxeno a unha presión de 30 bar, mentres que os tanques especiais máis pequenos (dispositivos caros de aceiro especial ou materiais compostos reforzados con fibra de carbono) manteñen unha presión constante de 400 bar.

O hidróxeno tamén se pode almacenar nunha fase líquida a -253 °C por unidade de volume, que contén 0 veces máis enerxía que cando se almacena a 1,78 bar; para acadar a cantidade equivalente de enerxía en hidróxeno licuado por unidade de volume, o gas debe comprimirse. ata 700 bar. É precisamente pola maior eficiencia enerxética do hidróxeno arrefriado polo que BMW está a colaborar coa empresa alemá de refrixeración Linde, que desenvolveu modernos dispositivos crioxénicos para licuar e almacenar hidróxeno. Os científicos tamén ofrecen outras alternativas, pero menos aplicables, ao almacenamento de hidróxeno, por exemplo, o almacenamento a presión en fariña metálica especial en forma de hidruros metálicos, etc.

Transporte

Nas zonas cunha alta concentración de plantas químicas e refinerías de petróleo, xa se estableceu unha rede de transmisión de hidróxeno. En xeral, a tecnoloxía é similar ao transporte de gas natural, pero non sempre é posible o uso deste último para as necesidades de hidróxeno. Non obstante, incluso no século pasado, moitas casas das cidades europeas estaban iluminadas por un gasoduto lixeiro, que contiña ata un 50% de hidróxeno e que se usaba como combustible para os primeiros motores de combustión interna estacionarios. O nivel tecnolóxico actual tamén permite o transporte transcontinental de hidróxeno licuado a través de buques cisterxénicos existentes similares aos usados ​​para o gas natural. Na actualidade, científicos e enxeñeiros están a facer as maiores esperanzas e esforzos no campo de crear tecnoloxías adecuadas para a licuefacción e o transporte de hidróxeno líquido. Neste sentido, son estes barcos, tanques e camións ferroviarios crioxénicos os que poden converterse na base para o futuro transporte de hidróxeno. En abril de 2004 abriuse a primeira estación de recheo de hidróxeno licuado deste tipo desenvolvida conxuntamente por BMW e Steyr nas inmediacións do aeroporto de Múnic. Coa súa axuda, encher os tanques con hidróxeno licuado lévase a cabo de xeito totalmente automático, sen participación e sen risco para o condutor do coche.