BMW のテストドライブと水素: パート XNUMX

巨大な飛行機がニュージャージーの近くの着陸地点に近づいたとき、差し迫った嵐の轟音はまだ空に響き渡っていました。 6年1937月97日、ヒンデンブルク飛行船は今シーズン初の飛行を行い、XNUMX人の乗客が搭乗しました。

数日後、水素で満たされた巨大な風船がフランクフルトアムマインに戻る予定です。フライトのすべての座席は長い間、英国王ジョージXNUMX世の戴冠式を目撃しようと熱心なアメリカ市民によって予約されていましたが、運命はこれらの乗客が航空機の巨人に決して乗らないことを命じました。

飛行船の着陸準備が完了した直後、船長のローゼンダールは船体の炎に気づき、数秒後に巨大なボールが不吉な飛行丸太に変わり、さらに半年後には哀れな金属の破片だけが地面に残りました。分。この話で最も驚くべきことの XNUMX つは、燃えている飛行船に乗っていた乗客の多くが最終的になんとか生き残ったという心温まる事実です。

フェルディナンドフォンツェッペリン伯爵は、1917世紀の終わりに飛行機よりも軽い乗り物で飛行することを夢見て、軽いガスで満たされた航空機の大まかな図をスケッチし、その実用的な実装のためのプロジェクトを立ち上げました。ツェッペリンは彼の創造物が次第に人々の生活に入るのを見るのに十分なほど長く生き、1923年に彼の国が第一次世界大戦を失う直前に亡くなり、彼の船の使用はヴェルサイユ条約によって禁止されました。ツェッペリン帝国は何年もの間忘れられていましたが、ヒトラーの勢力が台頭するにつれ、すべてが再び驚異的なスピードで変化します。ツェッペリンの新しい責任者であるHugo Eckner博士は、飛行船の設計には多くの重要な技術的変更が必要であると確信しています。主なものは、可燃性で危険な水素をヘリウムに置き換えることです。しかし残念ながら、当時この戦略的原料の唯一の生産国であった米国は、129年に議会で可決された特別法の下では、ヘリウムをドイツに販売できませんでした。これが、LZ XNUMXと呼ばれる新しい船が最終的に水素を燃料とする理由です。

軽量アルミニウム合金で作られた巨大な新しい風船の構造は、約300メートルの長さに達し、約45メートルの直径を持っています。タイタニック号に相当する巨大な航空機は、それぞれ16馬力の1300基の1936気筒ディーゼルエンジンを搭載しています。当然、ヒトラーは「ヒンデンブルク」をナチスドイツの鮮やかな宣伝シンボルに変える機会を逃さず、その開拓の開始を加速するためにあらゆることを行いました。その結果、すでにXNUMX年には、「壮観な」飛行船が定期的に大西洋横断飛行を行いました。

1937 年の初飛行では、ニュージャージーの着陸地点は興奮した観客、熱狂的な出会い、親戚、ジャーナリストで混雑し、その多くは嵐がおさまるまで何時間も待っていました。ラジオでも興味深いイベントをカバーしています。ある時点で、スピーカーの沈黙によって不安な期待が中断され、スピーカーはしばらくしてヒステリックに叫びます。生きている人は誰もいません...船が突然点灯し、すぐに巨大な燃えるトーチのように見えます。パニックに陥った一部の乗客は、恐ろしい火事から逃れるためにゴンドラから飛び降り始めましたが、34メートルの高さのため、彼らにとって致命的であることが判明しました。結局、飛行船が着陸するのを待っていた数人の乗客だけが生き残りますが、その多くは重度のやけどを負っています。ある時点で、船は猛烈な火災の損傷に耐えることができなくなり、船首の数千リットルのバラスト水が地面に流れ込み始めました。ヒンデンブルク号は急速に上昇し、燃えている後部が地面に激突し、XNUMX 秒で完全に破壊されて終了します。その光景の衝撃は、地上に集まった群衆を揺るがす。当時、墜落の公式な原因は、水素の発火を引き起こした雷であると考えられていましたが、近年、ドイツとアメリカの専門家は、多くの嵐を問題なく通過したヒンデンブルク船の悲劇を断固として主張しています。、災害の原因でした。アーカイブ映像を何度も観察した結果、火災は飛行船の外皮を覆っている可燃性塗料が原因で発生したという結論に達しました。ドイツの飛行船の火災は、人類の歴史の中で最も不吉な災害の XNUMX つであり、この恐ろしい出来事の記憶は今でも多くの人にとって非常に苦痛です. 今日でも、「飛行船」と「水素」という言葉に言及すると、ニュージャージー州の燃えるような地獄が連想されますが、適切に「飼い慣らされ」れば、自然界で最も軽くて最も豊富なガスは、その危険な特性にもかかわらず、非常に役立つ可能性があります. 現代の多くの科学者によると、水素の真の時代はまだ進行中ですが、同時に、科学界の他の大部分は、このような極端な楽観主義の表明に懐疑的です. 最初の仮説を支持する楽観主義者であり、水素のアイデアを最も忠実に支持しているのは、もちろん、BMW のバイエルン人であるに違いありません。ドイツの自動車会社である同社は、おそらく水素経済への道のりにおける避けられない課題を最もよく認識しており、とりわけ、炭化水素燃料から水素への移行における困難を克服しています。

野心

燃料備蓄と同じくらい環境にやさしく無尽蔵の燃料を使用するというまさにその考えは、エネルギー闘争に巻き込まれている人類にとって魔法のように聞こえます. 今日、軽ガスに対する前向きな姿勢を促進し、会議、シンポジウム、展示会を常に開催することを使命とする「水素社会」が XNUMX つまたは XNUMX つ以上あります。たとえば、タイヤ会社のミシュランは、ますます人気が高まっているミシュランチャレンジビバンダムの開催に多額の投資を行っています。ミシュランチャレンジビバンダムは、持続可能な燃料と自動車のための水素に焦点を当てた世界的なフォーラムです。

しかし、そのようなフォーラムでのスピーチから発せられる楽観主義は、素晴らしい水素の牧歌を実際に実装するにはまだ十分ではなく、水素経済への参入は、文明の発展におけるこの技術的段階では非常に複雑で実行不可能なイベントです.

しかし、最近、人類はますます多くの代替エネルギー源を使用するように努めています。つまり、水素は太陽光、風力、水、バイオマスエネルギーを貯蔵し、それを化学エネルギーに変換するための重要な橋となり得るのです。 ... 簡単に言えば、これは、これらの自然源によって生成された電力を大量に貯蔵することはできないが、水を酸素と水素に分解することによって水素を生成するために使用できることを意味します。

奇妙に聞こえるかもしれませんが、一部の石油会社はこのスキームの主な支持者であり、その中で最も一貫しているのは、この分野への重要な投資のための特定の投資戦略を持っている英国の石油大手 BP です。もちろん、再生不可能な炭化水素源から水素を抽出することもできますが、この場合、人類はこのプロセスで得られる二酸化炭素を貯蔵するという問題の解決策を探さなければなりません。水素の生産、貯蔵、輸送の技術的問題が解決可能であることは、議論の余地のない事実です。実際には、このガスはすでに大量に生産され、化学および石油化学産業の原料として使用されています。ただし、これらの場合、水素の高コストは致命的ではありません。これは、水素が関与する合成で製品の高コストに「溶ける」ためです。

ただし、軽ガスをエネルギー源として使用するという問題は、やや複雑です。科学者たちは長い間、燃料油に代わる戦略的な代替案を探して頭を悩ませてきましたが、これまでのところ、水素が最も環境に優しく、十分なエネルギーで利用できるという満場一致の意見に達しています. 彼だけが、現在の現状の変化へのスムーズな移行に必要なすべての要件を満たしています。これらすべての利点の根底にあるのは、単純ですが非常に重要な事実です。水素の抽出と使用は、水の合成と分解の自然なサイクルを中心に展開しています…人類が太陽エネルギー、風力、水などの自然源を使用した生産方法を改善すれば、水素を生産することができます有害な排出物を放出することなく無制限に使用できます。再生可能エネルギー源としての水素は、北米、ヨーロッパ、および日本でのさまざまなプログラムにおける重要な研究の結果として長い間行われてきました。後者は、生産、貯蔵、輸送、流通を含む完全な水素インフラの構築を目的とした幅広い共同プロジェクトの作業の一部です。多くの場合、これらの開発には多額の政府補助金が伴い、国際協定に基づいています。たとえば、2003 年 XNUMX 月には、オーストラリア、ブラジル、カナダ、中国、フランス、ドイツ、アイスランド、インド、イタリア、日本など世界最大の工業国が参加する国際水素経済パートナーシップ協定が調印されました。、ノルウェー、韓国、ロシア、英国、米国、および欧州委員会。この国際協力の目的は、「水素時代に向けたさまざまな組織の取り組みを組織し、刺激し、団結させるとともに、水素の製造、貯蔵、流通のための技術の創出を支援すること」です。

この環境に優しい燃料を自動車部門で使用するには、XNUMX つの方法があります。そのうちの XNUMX つは「燃料電池」と呼ばれる装置で、水素と空気中の酸素の化学的結合によって電気が放出されます。もう XNUMX つは、従来の内燃機関のシリンダー内で液体水素を燃料として使用する技術の開発です。 . XNUMX 番目の方向性は、消費者と自動車会社の両方に心理的に近いものであり、BMW はその最も明るい支持者です。

製造業

現在、世界中で600億立方メートル以上の純水素が生産されています。その生産の主な原料は天然ガスで、「改質」と呼ばれるプロセスで処理されます。少量の水素は、塩素化合物の電気分解、重油の部分酸化、石炭ガス化、コークスを生成するための石炭熱分解、およびガソリン改質などの他のプロセスによって回収されます。世界の水素生産の約半分は、アンモニアの合成 (肥料の生産の原料として使用される)、石油精製、およびメタノールの合成に使用されます。これらの生産スキームは、さまざまな程度で環境に負担をかけます。残念ながら、現在のエネルギーの現状に代わる有意義な代替手段を提供するものはありません。第一に、再生不可能な資源を使用しているため、第二に、生産が炭素などの望ましくない物質を放出するためです。主な原因である二酸化物。温室効果。この問題を解決するための興味深い提案が、最近、欧州連合とドイツ政府から資金提供を受けた研究者によって行われました。彼らは、いわゆる「隔離」技術を開発しました。この技術では、天然ガスから水素を製造する際に発生する二酸化炭素をポンプで注入します。古い枯渇したフィールド。石油、天然ガスまたは石炭。ただし、油田もガス田も地球の地殻の真の空洞ではなく、ほとんどの場合、多孔質の砂質構造であるため、このプロセスを実装するのは簡単ではありません。

水素を生成する最も有望な将来の方法は、小学校時代から知られている電気による水の分解です。原理は極めて単純で、水浴に浸したXNUMXつの電極に電圧を加えると、プラスに帯電した水素イオンがマイナス電極に、マイナスに帯電した酸素イオンがプラス電極に移動します。実際には、この水の電気化学的分解には、「アルカリ電解」、「膜電解」、「高圧電解」、「高温電解」などのいくつかの主要な方法が使用されます。

割り算の単純な計算が、この目的に必要な電気の起源という非常に重要な問題を妨げなければ、すべてが完璧です。事実、現在、その生産は必然的に有害な副産物を排出します。その量と種類は、その方法によって異なります。そして何よりも、電気の生産は非効率的で非常に高価なプロセスです。

クリーンエネルギーの悪循環を断ち切り、閉めることは現在、自然エネルギー、特に太陽エネルギーを使用して水を分解するために必要な電力を生成する場合にのみ可能です。この問題を解決するには、間違いなく多くの時間、お金、労力が必要ですが、世界の多くの地域で、この方法で発電することはすでに現実になっています。

たとえば、BMW は太陽光発電所の建設と開発に積極的な役割を果たしています。バイエルン州の小さな町ノイブルクに建設された発電所は、太陽電池を使用して水素を生成するエネルギーを生成します。太陽エネルギーを使用して水を加熱するシステムは特に興味深いと同社のエンジニアは述べており、その蒸気が発電機に電力を供給しています。このような太陽光発電所は、カリフォルニア州のモハベ砂漠ですでに稼働しており、354 MW の電力を生成しています。風力発電もますます重要になってきており、米国、ドイツ、オランダ、ベルギー、アイルランドなどの国々の沿岸にある風力発電所がますます重要な経済的役割を果たしています。世界のさまざまな地域で、バイオマスから水素を抽出する企業もあります。

ストレージの場所

水素は気相と液相の両方で大量に貯蔵できます。水素が比較的低圧であるこれらの貯蔵所の中で最大のものは、「ガスメーター」と呼ばれます。中小型のタンクは30バールの圧力で水素を貯蔵するのに適していますが、最小の特殊タンク（特殊鋼または炭素繊維で強化された複合材料で作られた高価なデバイス）は400バールの一定圧力を維持します。

水素は、単位体積あたり -253°C で液相に貯蔵することもでき、0 bar で貯蔵した場合よりも 1,78 倍のエネルギーを含みます。単位体積あたりの液化水素で同等のエネルギー量を達成するには、ガスを圧縮する必要があります。 700バーまで。 BMW が、水素を液化して貯蔵するための最新の極低温装置を開発したドイツの冷凍会社 Linde と協力しているのは、冷却された水素のより高いエネルギー効率のためです。科学者は、水素貯蔵の代替手段として、応用性は低いものの他の方法も提案しています。たとえば、金属水素化物などの形をした特殊な金属粉での加圧下での貯蔵などです。

交通手段

化学プラントや石油精製所が密集している地域では、すでに水素輸送ネットワークが確立されています。一般に、この技術は天然ガス輸送に似ていますが、水素を必要とするために後者を使用できるとは限りません。しかし、前世紀でさえ、ヨーロッパの都市の多くの住宅は、最大50％の水素を含み、最初の固定式内燃機関の燃料として使用されていた軽質ガスパイプラインに照らされていました。今日の技術レベルでは、天然ガスに使用されているものと同様に、既存の極低温タンカーによる液化水素の大陸横断輸送も可能です。現在、科学者とエンジニアは、液体水素の液化と輸送のための適切な技術を作成する分野で最大の希望と努力をしています。この意味で、将来の水素輸送の基礎となるのは、これらの船、極低温鉄道のタンク、トラックです。 2004年XNUMX月、BMWとSteyrが共同で開発した最初の液化水素充填ステーションがミュンヘン空港のすぐ近くにオープンしました。その助けを借りて、タンクに液化水素を充填することは完全に自動的に行われ、参加せず、車のドライバーのリスクもありません。