اختبر قيادة BMW والهيدروجين: الجزء الأول
لا يزال صدى هدير العاصفة الوشيكة يتردد في السماء مع اقتراب الطائرة الضخمة من موقع الهبوط بالقرب من نيو جيرسي. في 6 مايو 1937 ، قام منطاد هيندنبورغ بأول رحلة له لهذا الموسم ، على متنه 97 راكبًا.
في غضون أيام قليلة ، من المقرر أن يعود منطاد ضخم مليء بالهيدروجين إلى فرانكفورت أم ماين. لطالما حجز المواطنون الأمريكيون جميع المقاعد على متن الرحلة من قبل المواطنين الأمريكيين المتحمسين لمشاهدة تتويج الملك البريطاني جورج السادس ، لكن القدر قرر ألا يستقل هؤلاء الركاب عملاق الطائرة أبدًا.
بعد وقت قصير من الانتهاء من الاستعدادات لهبوط المنطاد ، لاحظ قائدها روزندال النيران على بدنها ، وبعد بضع ثوان تحولت الكرة الضخمة إلى سجل طيران مشؤوم ، ولم يتبق سوى شظايا معدنية مثيرة للشفقة على الأرض بعد نصف ساعة أخرى. دقيقة. واحدة من أكثر الأشياء إثارة للدهشة في هذه القصة هي الحقيقة المحببة أن العديد من الركاب على متن المنطاد المحترق تمكنوا في النهاية من البقاء على قيد الحياة.
كان الكونت فرديناند فون زيبلين يحلم بالطيران في مركبة أخف وزنا من الهواء في نهاية القرن التاسع عشر ، ورسم مخططًا تقريبيًا لطائرة مملوءة بالغاز الخفيف وإطلاق مشاريع لتنفيذها العملي. عاش زبلن طويلاً بما يكفي لرؤية خليقته تدخل حياة الناس تدريجياً ، وتوفي في عام 1917 ، قبل وقت قصير من خسارة بلاده في الحرب العالمية الأولى ، وحظر استخدام سفنه بموجب معاهدة فرساي. تم نسيان آل زبلن لسنوات عديدة ، لكن كل شيء يتغير مرة أخرى بسرعة مذهلة مع وصول هتلر إلى السلطة. يعتقد الرئيس الجديد لشركة Zeppelin ، الدكتور Hugo Eckner ، بقوة أن عددًا من التغييرات التكنولوجية المهمة مطلوبة في تصميم المناطيد ، وأهمها استبدال الهيليوم بالهليوم والهيدروجين القابل للاشتعال والخطير. لسوء الحظ ، لم تتمكن الولايات المتحدة ، التي كانت في ذلك الوقت المنتج الوحيد لهذه المادة الخام الاستراتيجية ، من بيع الهيليوم إلى ألمانيا بموجب قانون خاص أقره الكونجرس في عام 1923. هذا هو السبب في أن السفينة الجديدة ، المسماة LZ 129 ، تم تزويدها في النهاية بالهيدروجين.
بناء بالون ضخم جديد مصنوع من سبائك الألمنيوم الخفيف يصل طوله إلى 300 متر تقريباً ويبلغ قطره حوالي 45 متراً. الطائرة العملاقة ، التي تعادل تيتانيك ، تعمل بأربعة محركات ديزل ذات 16 أسطوانة ، كل منها بقوة 1300 حصان. بطبيعة الحال ، لم يفوت هتلر فرصة تحويل "هيندنبورغ" إلى رمز دعائي حي لألمانيا النازية وفعل كل ما في وسعه لتسريع بدء استغلالها. نتيجة لذلك ، في عام 1936 ، قام المنطاد "الرائع" برحلات منتظمة عبر المحيط الأطلسي.
في أول رحلة جوية في عام 1937 ، كان موقع الهبوط في نيوجيرسي مزدحمًا بالمتفرجين المتحمسين ولقاءات متحمسة والأقارب والصحفيين ، وانتظر العديد منهم لساعات حتى تهدأ العاصفة. حتى الراديو يغطي حدثًا مثيرًا للاهتمام. في مرحلة ما ، يقطع التوقع القلق صمت المتحدث ، الذي ، بعد لحظة ، يصرخ بشكل هستيري: "كرة نارية ضخمة تتساقط من السماء! لا يوجد أحد على قيد الحياة ... تضيء السفينة فجأة وتبدو على الفور وكأنها شعلة عملاقة مشتعلة. بدأ بعض الركاب في حالة من الذعر بالقفز من الجندول هربًا من النيران المرعبة ، لكن تبين أنها قاتلة بالنسبة لهم بسبب ارتفاع مائة متر. في النهاية ، لم ينج سوى عدد قليل من الركاب الذين ينتظرون اقتراب المنطاد من الأرض ، لكن العديد منهم أصيبوا بحروق شديدة. في مرحلة ما ، لم تستطع السفينة تحمل أضرار النيران المستعرة ، وبدأت آلاف اللترات من مياه الصابورة في القوس تتدفق إلى الأرض. يسرد هيندنبورغ بسرعة ، ويتحطم الجزء الخلفي المحترق على الأرض وينتهي في تدمير كامل في 34 ثانية. صدمة المشهد هزت الجماهير المتجمعة على الأرض. في ذلك الوقت ، كان السبب الرسمي لتحطم الطائرة هو الرعد الذي تسبب في اشتعال الهيدروجين ، ولكن في السنوات الأخيرة ، أكد خبير ألماني وأمريكي بشكل قاطع أن مأساة سفينة هيندنبورغ ، التي مرت بالعواصف العديدة دون مشاكل. كان سبب الكارثة. بعد ملاحظات عديدة للقطات الأرشيفية ، توصلوا إلى استنتاج مفاده أن الحريق بدأ بسبب الطلاء القابل للاشتعال الذي يغطي جلد المنطاد. إن حريق المنطاد الألماني هو أحد أكثر الكوارث شراً في تاريخ البشرية ، ولا تزال ذكرى هذا الحدث الرهيب مؤلمة للغاية بالنسبة للكثيرين. حتى اليوم ، فإن ذكر كلمتي "المنطاد" و "الهيدروجين" يثير الجحيم الناري لنيوجيرسي ، على الرغم من أنه إذا تم "تدجينه" بشكل مناسب ، فإن الغاز الأخف والأكثر وفرة في الطبيعة يمكن أن يكون مفيدًا للغاية ، على الرغم من خصائصه الخطرة. وفقًا لعدد كبير من العلماء المعاصرين ، لا يزال العصر الحقيقي للهيدروجين مستمرًا ، على الرغم من أن الجزء الأكبر الآخر من المجتمع العلمي يشك في مثل هذه المظاهر المتطرفة للتفاؤل. من بين المتفائلين الذين يدعمون الفرضية الأولى وأكثر مؤيدي فكرة الهيدروجين ، بالطبع ، يجب أن يكونوا البافاريين من BMW. ربما تكون شركة السيارات الألمانية على دراية أفضل بالتحديات الحتمية على طريق اقتصاد الهيدروجين ، وقبل كل شيء ، تتغلب على الصعوبات في الانتقال من الوقود الهيدروكربوني إلى الهيدروجين.
طموح
تبدو فكرة استخدام وقود صديق للبيئة ولا ينضب مثل احتياطيات الوقود بمثابة سحر للإنسانية في قبضة صراع الطاقة. اليوم ، هناك أكثر من واحدة أو اثنتين من "جمعيات الهيدروجين" التي تتمثل مهمتها في تعزيز الموقف الإيجابي تجاه الغاز الخفيف وتنظيم الاجتماعات والندوات والمعارض باستمرار. شركة ميشلان للإطارات ، على سبيل المثال ، تستثمر بكثافة في تنظيم منتدى ميشلان التحدي Bibendum ، وهو منتدى عالمي يركز على الهيدروجين للوقود المستدام والسيارات.
ومع ذلك ، فإن التفاؤل المنبثق من الخطابات في مثل هذه المنتديات لا يزال غير كافٍ للتنفيذ العملي لشيء هيدروجين رائع ، ودخول اقتصاد الهيدروجين هو حدث معقد وغير عملي في هذه المرحلة التكنولوجية في تطور الحضارة.
ومع ذلك ، سعت البشرية مؤخرًا إلى استخدام المزيد والمزيد من مصادر الطاقة البديلة ، أي أن الهيدروجين يمكن أن يصبح جسرًا مهمًا لتخزين الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والمياه وطاقة الكتلة الحيوية ، وتحويلها إلى طاقة كيميائية. ... بعبارات بسيطة ، هذا يعني أن الكهرباء المولدة من هذه المصادر الطبيعية لا يمكن تخزينها بكميات كبيرة ، ولكن يمكن استخدامها لإنتاج الهيدروجين عن طريق تكسير الماء إلى أكسجين وهيدروجين.
من الغريب أن بعض شركات النفط هي من بين المؤيدين الرئيسيين لهذا المخطط ، ومن بينهم شركة النفط البريطانية العملاقة BP ، التي لديها استراتيجية استثمارية محددة لاستثمارات كبيرة في هذا المجال. بالطبع ، يمكن أيضًا استخراج الهيدروجين من مصادر هيدروكربونية غير متجددة ، ولكن في هذه الحالة ، يجب على البشرية البحث عن حل لمشكلة تخزين ثاني أكسيد الكربون الذي يتم الحصول عليه في هذه العملية. إنها حقيقة لا جدال فيها أن المشاكل التكنولوجية لإنتاج الهيدروجين وتخزينه ونقله قابلة للحل - من الناحية العملية ، يتم إنتاج هذا الغاز بالفعل بكميات كبيرة ويستخدم كمواد خام في الصناعات الكيماوية والبتروكيماوية. ومع ذلك ، في هذه الحالات ، فإن التكلفة العالية للهيدروجين ليست قاتلة ، لأنها "تذوب" في التكلفة العالية للمنتجات التي تشارك في تصنيعها.
ومع ذلك ، فإن مسألة استخدام الغاز الخفيف كمصدر للطاقة أكثر تعقيدًا إلى حد ما. ظل العلماء يجهدون عقولهم لفترة طويلة في البحث عن بديل استراتيجي محتمل لزيت الوقود ، وحتى الآن توصلوا إلى رأي إجماعي بأن الهيدروجين هو الأكثر ملاءمة للبيئة ومتاحًا بطاقة كافية. فقط هو يفي بجميع المتطلبات اللازمة للانتقال السلس إلى تغيير في الوضع الراهن. تكمن وراء كل هذه الفوائد حقيقة بسيطة ولكنها مهمة للغاية - يدور استخراج الهيدروجين واستخدامه حول الدورة الطبيعية لتراكم المياه وتحللها ... إذا حسنت البشرية طرق الإنتاج باستخدام المصادر الطبيعية مثل الطاقة الشمسية والرياح والمياه ، فيمكن إنتاج الهيدروجين واستخدامها بكميات غير محدودة دون انبعاث أي انبعاثات ضارة. كمصدر للطاقة المتجددة ، كان الهيدروجين لفترة طويلة نتيجة لأبحاث مهمة في برامج مختلفة في أمريكا الشمالية وأوروبا واليابان. هذا الأخير ، بدوره ، جزء من العمل في مجموعة واسعة من المشاريع المشتركة التي تهدف إلى إنشاء بنية تحتية كاملة للهيدروجين ، بما في ذلك الإنتاج والتخزين والنقل والتوزيع. غالبًا ما تكون هذه التطورات مصحوبة بإعانات حكومية كبيرة وتستند إلى اتفاقيات دولية. في نوفمبر 2003 ، على سبيل المثال ، تم التوقيع على اتفاقية الشراكة الدولية لاقتصاد الهيدروجين ، والتي تضم أكبر الدول الصناعية في العالم مثل أستراليا والبرازيل وكندا والصين وفرنسا وألمانيا وأيسلندا والهند وإيطاليا واليابان. والنرويج وكوريا وروسيا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة والمفوضية الأوروبية. والغرض من هذا التعاون الدولي هو "تنظيم وتحفيز وتوحيد جهود المنظمات المختلفة على طريق عصر الهيدروجين ، فضلاً عن دعم إنشاء تقنيات لإنتاج الهيدروجين وتخزينه وتوزيعه".
يمكن أن يكون المسار المحتمل لاستخدام هذا الوقود الصديق للبيئة في قطاع السيارات ذا شقين. إحداها هي الأجهزة المعروفة باسم "خلايا الوقود" ، حيث يطلق التركيب الكيميائي للهيدروجين مع الأكسجين من الهواء الكهرباء ، والثاني هو تطوير تقنيات استخدام الهيدروجين السائل كوقود في أسطوانات محرك الاحتراق الداخلي الكلاسيكي . الاتجاه الثاني أقرب من الناحية النفسية إلى كل من المستهلكين وشركات السيارات ، و BMW هي الداعم الأكثر إشراقًا لها.
تصنيع
حاليًا ، يتم إنتاج أكثر من 600 مليار متر مكعب من الهيدروجين النقي في جميع أنحاء العالم. يعتبر الغاز الطبيعي المادة الخام الرئيسية لإنتاجه ، حيث تتم معالجته في عملية تعرف باسم "إعادة التشكيل". يتم استرداد كميات صغيرة من الهيدروجين من خلال عمليات أخرى مثل التحليل الكهربائي لمركبات الكلور ، والأكسدة الجزئية للزيت الثقيل ، وتغويز الفحم ، والانحلال الحراري للفحم لإنتاج فحم الكوك ، وإصلاح البنزين. يستخدم ما يقرب من نصف إنتاج الهيدروجين في العالم لتخليق الأمونيا (التي تستخدم كمادة وسيطة في إنتاج الأسمدة) ، وفي تكرير النفط وفي تصنيع الميثانول. مخططات الإنتاج هذه تثقل كاهل البيئة بدرجات متفاوتة ، وللأسف ، لا يقدم أي منها بديلاً مفيدًا للوضع الراهن للطاقة - أولاً ، لأنها تستخدم مصادر غير متجددة ، وثانيًا ، لأن هذا الإنتاج يطلق مواد غير مرغوب فيها مثل الكربون ثاني أكسيد ، وهو الجاني الرئيسي. الاحتباس الحراري. تم تقديم اقتراح مثير للاهتمام لحل هذه المشكلة مؤخرًا من قبل الباحثين الممول من الاتحاد الأوروبي والحكومة الألمانية ، الذين ابتكروا ما يسمى بتكنولوجيا "العزل" ، حيث يتم ضخ ثاني أكسيد الكربون المنتج أثناء إنتاج الهيدروجين من الغاز الطبيعي في الحقول القديمة المستنفدة. النفط والغاز الطبيعي أو الفحم. ومع ذلك ، فإن هذه العملية ليست سهلة التنفيذ ، حيث لا يمثل حقول النفط والغاز تجاويف حقيقية في قشرة الأرض ، ولكن في الغالب تكون هياكل رملية مسامية.
تظل الطريقة المستقبلية الواعدة لإنتاج الهيدروجين تحلل الماء بالكهرباء ، المعروف منذ المدرسة الابتدائية. المبدأ بسيط للغاية - يتم تطبيق جهد كهربائي على قطبين مغمسين في حمام مائي ، بينما تذهب أيونات الهيدروجين موجبة الشحنة إلى القطب السالب ، وتنتقل أيونات الأكسجين سالبة الشحنة إلى القطب الموجب. في الممارسة العملية ، يتم استخدام عدة طرق رئيسية لهذا التحلل الكهروكيميائي للماء - "التحليل الكهربائي القلوي" ، "التحليل الكهربائي للأغشية" ، "التحليل الكهربائي عالي الضغط" و "التحليل الكهربائي بدرجة حرارة عالية".
سيكون كل شيء على ما يرام إذا لم تتداخل العمليات الحسابية البسيطة للقسمة مع المشكلة البالغة الأهمية لأصل الكهرباء اللازمة لهذا الغرض. الحقيقة هي أنه في الوقت الحاضر ، ينتج عن إنتاجه حتمًا منتجات ثانوية ضارة ، يختلف مقدارها ونوعها اعتمادًا على كيفية القيام بذلك ، وقبل كل شيء ، يعد إنتاج الكهرباء عملية غير فعالة ومكلفة للغاية.
لا يمكن كسر الحلقة المفرغة وإغلاق دورة الطاقة النظيفة حاليًا إلا عند استخدام الطاقة الطبيعية وخاصة الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء اللازمة لتحلل المياه. سيتطلب حل هذه المهمة بلا شك الكثير من الوقت والمال والجهد ، ولكن في أجزاء كثيرة من العالم ، أصبح توليد الكهرباء بهذه الطريقة حقيقة واقعة.
BMW ، على سبيل المثال ، تلعب دورًا نشطًا في إنشاء وتطوير محطات الطاقة الشمسية. تستخدم محطة الطاقة ، التي تم بناؤها في مدينة نيوبورغ البافارية الصغيرة ، الخلايا الكهروضوئية لإنتاج الطاقة التي تنتج الهيدروجين. يقول مهندسو الشركة إن الأنظمة التي تستخدم الطاقة الشمسية لتسخين المياه مثيرة للاهتمام بشكل خاص ، وما ينتج عن ذلك من بخار يعمل على توليد الكهرباء - تعمل مثل هذه المحطات الشمسية بالفعل في صحراء موهافي في كاليفورنيا ، والتي تولد 354 ميجاوات من الكهرباء. تزداد أهمية طاقة الرياح أيضًا ، حيث تلعب مزارع الرياح على سواحل بلدان مثل الولايات المتحدة وألمانيا وهولندا وبلجيكا وأيرلندا دورًا اقتصاديًا متزايد الأهمية. هناك أيضًا شركات تستخرج الهيدروجين من الكتلة الحيوية في أجزاء مختلفة من العالم.
مكان التخزين
يمكن تخزين الهيدروجين بكميات كبيرة في كل من المراحل الغازية والسائلة. أكبر هذه الخزانات ، التي يكون فيها الهيدروجين عند ضغط منخفض نسبيًا ، تسمى "عدادات الغاز". تعتبر الخزانات المتوسطة والصغيرة مناسبة لتخزين الهيدروجين عند ضغط 30 بار ، بينما تحافظ الخزانات الصغيرة الخاصة (الأجهزة باهظة الثمن المصنوعة من الفولاذ الخاص أو المواد المركبة المقواة بألياف الكربون) على ضغط ثابت يبلغ 400 بار.
يمكن أيضًا تخزين الهيدروجين في طور سائل عند -253 درجة مئوية لكل وحدة حجم ، تحتوي على طاقة تزيد بمقدار 0 مرة عن تخزينها عند 1,78 بار - لتحقيق الكمية المكافئة من الطاقة في الهيدروجين المسال لكل وحدة حجم ، يجب ضغط الغاز لأعلى إلى 700 بار. وبسبب الكفاءة العالية للطاقة للهيدروجين المبرد بالتحديد ، تتعاون BMW مع شركة التبريد الألمانية Linde ، التي طورت أجهزة تبريد حديثة لتسييل وتخزين الهيدروجين. يقدم العلماء أيضًا بدائل أخرى ، ولكن أقل قابلية للتطبيق ، لتخزين الهيدروجين ، على سبيل المثال ، التخزين تحت الضغط في دقيق معدني خاص على شكل هيدرات معدنية ، إلخ.
وسائل النقل
في المناطق ذات التركيز العالي للمصانع الكيماوية ومصافي النفط ، تم بالفعل إنشاء شبكة نقل الهيدروجين. بشكل عام ، تشبه التكنولوجيا نقل الغاز الطبيعي ، لكن استخدام الأخير لاحتياجات الهيدروجين ليس ممكنًا دائمًا. ومع ذلك ، حتى في القرن الماضي ، أضاءت العديد من المنازل في المدن الأوروبية بواسطة خط أنابيب الغاز الخفيف ، والذي يحتوي على ما يصل إلى 50٪ من الهيدروجين وكان يستخدم كوقود لأول محركات الاحتراق الداخلي الثابتة. يسمح المستوى التكنولوجي اليوم أيضًا بالنقل عبر القارات للهيدروجين المسال عبر الناقلات المبردة الموجودة ، على غرار تلك المستخدمة في الغاز الطبيعي. في الوقت الحاضر ، يضع العلماء والمهندسون أعظم الآمال والجهود في مجال إنشاء تقنيات مناسبة لتسييل ونقل الهيدروجين السائل. وبهذا المعنى ، فإن هذه السفن وخزانات وشاحنات السكك الحديدية المبردة هي التي يمكن أن تصبح أساسًا للنقل المستقبلي للهيدروجين. في أبريل 2004 ، تم افتتاح محطة تعبئة الهيدروجين المسال الأولى من نوعها ، والتي طورتها شركة BMW و Steyr ، في المنطقة المجاورة مباشرة لمطار ميونيخ. بمساعدتها ، يتم ملء الخزانات بالهيدروجين المسال تلقائيًا بالكامل ، دون مشاركة ودون مخاطر على سائق السيارة.
