Test drive BMW e hidrogênio: parte um

O rugido da tempestade iminente ainda ecoava no céu enquanto o enorme avião se aproximava do local de pouso perto de Nova Jersey. Em 6 de maio de 1937, o dirigível Hindenburg fez seu primeiro vôo da temporada, levando 97 passageiros a bordo.

Em alguns dias, um enorme balão cheio de hidrogênio deve voar de volta a Frankfurt am Main. Todos os assentos do vôo foram reservados por cidadãos americanos ansiosos para testemunhar a coroação do rei George VI britânico, mas o destino decretou que esses passageiros nunca embarcariam na aeronave gigante.

Logo após a conclusão dos preparativos para o pouso do dirigível, seu comandante Rosendahl percebeu as chamas em seu casco e, após alguns segundos, a enorme bola se transformou em uma sinistra tora voadora, deixando apenas lamentáveis ​​​​fragmentos de metal no solo após mais meia hora. minuto. Uma das coisas mais surpreendentes sobre esta história é o fato comovente de que muitos dos passageiros a bordo do dirigível em chamas conseguiram sobreviver.

O conde Ferdinand von Zeppelin sonhava em voar em um veículo mais leve que o ar no final do século 1917, esboçando um diagrama aproximado de uma aeronave leve cheia de gás e lançando projetos para sua implementação prática. Zeppelin viveu o suficiente para ver sua criação gradualmente entrar na vida das pessoas e morreu em 1923, pouco antes de seu país perder a Primeira Guerra Mundial, e o uso de seus navios foi proibido pelo Tratado de Versalhes. Os Zepelins foram esquecidos por muitos anos, mas tudo muda novamente em uma velocidade estonteante com a chegada ao poder de Hitler. O novo chefe do Zeppelin, Dr. Hugo Eckner, acredita fortemente que uma série de mudanças tecnológicas significativas são necessárias no projeto de aeronaves, a principal delas é a substituição do hidrogênio inflamável e perigoso por hélio. Infelizmente, porém, os Estados Unidos, que na época eram o único produtor dessa matéria-prima estratégica, não puderam vender hélio para a Alemanha sob uma lei especial aprovada pelo Congresso em 129. É por isso que o novo navio, designado LZ XNUMX, é eventualmente abastecido com hidrogênio.

A construção de um novo balão enorme feito de ligas leves de alumínio atinge um comprimento de quase 300 metros e tem um diâmetro de cerca de 45 metros. A aeronave gigante, equivalente ao Titanic, é movida por quatro motores a diesel de 16 cilindros, cada um com 1300 cv. Naturalmente, Hitler não perdeu a oportunidade de transformar o "Hindenburg" em um vívido símbolo de propaganda da Alemanha nazista e fez todo o possível para acelerar o início de sua exploração. Como resultado, já em 1936 o dirigível "espetacular" fazia voos transatlânticos regulares.

No primeiro voo em 1937, o local de pouso em Nova Jersey estava lotado de espectadores entusiasmados, encontros entusiasmados, parentes e jornalistas, muitos dos quais esperaram por horas até que a tempestade diminuísse. Até o rádio cobre um evento interessante. Em determinado momento, a ansiosa expectativa é interrompida pelo silêncio do locutor, que, após um instante, grita histericamente: “Cai do céu uma enorme bola de fogo! Não há ninguém vivo ... O navio de repente se ilumina e instantaneamente parece uma tocha gigante acesa. Alguns passageiros em pânico começaram a pular da gôndola para escapar do terrível incêndio, mas acabou sendo fatal para eles por causa da altura de cem metros. No final, apenas alguns dos passageiros que esperam que o dirigível se aproxime da terra sobrevivem, mas muitos deles ficam gravemente queimados. Em algum momento, o navio não resistiu aos danos do fogo violento e milhares de litros de água de lastro na proa começaram a cair no solo. O Hindenburg inclina-se rapidamente, a traseira em chamas bate no chão e termina em completa destruição em 34 segundos. O choque do espetáculo sacode a multidão reunida no chão. Naquela época, a causa oficial do acidente foi considerada um trovão, que causou a ignição do hidrogênio, mas nos últimos anos, um especialista alemão e americano argumenta categoricamente que a tragédia com o navio Hindenburg, que passou por muitas tempestades sem problemas , foi a causa do desastre. Após inúmeras observações de imagens de arquivo, eles chegaram à conclusão de que o incêndio começou devido a tinta combustível cobrindo a pele do dirigível. O incêndio de um dirigível alemão é um dos desastres mais sinistros da história da humanidade, e a memória desse terrível evento ainda é muito dolorosa para muitos. Ainda hoje, a menção das palavras "dirigível" e "hidrogênio" evoca o inferno de fogo de Nova Jersey, embora se "domesticado" adequadamente, o gás mais leve e abundante na natureza possa ser extremamente útil, apesar de suas propriedades perigosas. De acordo com um grande número de cientistas modernos, a verdadeira era do hidrogênio ainda está em andamento, embora, ao mesmo tempo, a outra grande parte da comunidade científica seja cética sobre tais manifestações extremas de otimismo. Entre os otimistas que apóiam a primeira hipótese e os mais ferrenhos defensores da ideia do hidrogênio, é claro, devem estar os bávaros da BMW. A empresa automotiva alemã provavelmente está mais ciente dos desafios inevitáveis ​​no caminho para uma economia do hidrogênio e, acima de tudo, supera as dificuldades na transição dos combustíveis de hidrocarbonetos para o hidrogênio.

Ambição

A própria ideia de usar um combustível tão ecológico e inesgotável quanto as reservas de combustível soa como mágica para uma humanidade em meio a uma luta energética. Hoje, existem mais de uma ou duas "sociedades de hidrogênio" cuja missão é promover uma atitude positiva em relação ao gás leve e organizar constantemente reuniões, simpósios e exposições. A empresa de pneus Michelin, por exemplo, está investindo pesadamente na organização do cada vez mais popular Michelin Challenge Bibendum, um fórum global focado no hidrogênio para combustíveis e carros sustentáveis.

No entanto, o otimismo que emana dos discursos em tais fóruns ainda não é suficiente para a implementação prática de um maravilhoso idílio do hidrogênio, e entrar na economia do hidrogênio é um evento infinitamente complexo e impraticável neste estágio tecnológico do desenvolvimento da civilização.

Recentemente, porém, a humanidade tem se esforçado para usar cada vez mais fontes alternativas de energia, ou seja, o hidrogênio pode se tornar uma importante ponte para o armazenamento de energia solar, eólica, hídrica e de biomassa, convertendo-a em energia química. ... Em termos simples, isso significa que a eletricidade produzida por essas fontes naturais não pode ser armazenada em grandes volumes, mas pode ser usada para produzir hidrogênio, quebrando a água em oxigênio e hidrogênio.

Por mais estranho que pareça, algumas companhias petrolíferas estão entre os principais proponentes deste esquema, entre as quais a mais consistente é a gigante petrolífera britânica BP, que tem uma estratégia de investimento específica para investimentos significativos nesta área. Claro, o hidrogênio também pode ser extraído de fontes de hidrocarbonetos não renováveis, mas, neste caso, a humanidade deve buscar uma solução para o problema de armazenamento do dióxido de carbono obtido nesse processo. É fato incontestável que os problemas tecnológicos de produção, armazenamento e transporte do hidrogênio são solucionáveis ​​- na prática, esse gás já é produzido em grandes quantidades e utilizado como matéria-prima nas indústrias química e petroquímica. Nesses casos, porém, o alto custo do hidrogênio não é fatal, pois ele "se funde" no alto custo dos produtos de cuja síntese participa.

No entanto, a questão do uso de gás leve como fonte de energia é um pouco mais complicada. Os cientistas estão quebrando a cabeça há muito tempo procurando uma possível alternativa estratégica ao óleo combustível e, até agora, chegaram à opinião unânime de que o hidrogênio é o mais ecológico e disponível em energia suficiente. Somente ele atende a todos os requisitos necessários para uma transição suave para uma mudança no status quo atual. Subjacente a todos esses benefícios está um fato simples, mas muito importante – a extração e o uso do hidrogênio giram em torno do ciclo natural de composição e decomposição da água… e usar em quantidades ilimitadas sem emitir quaisquer emissões nocivas. Como fonte de energia renovável, o hidrogênio tem sido o resultado de pesquisas significativas em vários programas na América do Norte, Europa e Japão. Estes últimos, por sua vez, fazem parte do trabalho em uma ampla gama de projetos conjuntos que visam criar uma infraestrutura completa de hidrogênio, incluindo produção, armazenamento, transporte e distribuição. Freqüentemente, esses desenvolvimentos são acompanhados por subsídios governamentais significativos e são baseados em acordos internacionais. Em novembro de 2003, por exemplo, foi assinado o International Hydrogen Economy Partnership Agreement, que inclui os maiores países industrializados do mundo, como Austrália, Brasil, Canadá, China, França, Alemanha, Islândia, Índia, Itália e Japão. , Noruega, Coreia, Rússia, Reino Unido, EUA e Comissão Europeia. O objetivo desta cooperação internacional é “organizar, estimular e unir os esforços de várias organizações no caminho para a era do hidrogénio, bem como apoiar a criação de tecnologias para a produção, armazenamento e distribuição de hidrogénio”.

O caminho possível para o uso desse combustível ecologicamente correto no setor automotivo pode ser duplo. Um deles são os dispositivos conhecidos como "células de combustível", nos quais a combinação química do hidrogênio com o oxigênio do ar libera eletricidade, e o segundo é o desenvolvimento de tecnologias para o uso do hidrogênio líquido como combustível nos cilindros de um clássico motor de combustão interna . A segunda direção é psicologicamente mais próxima tanto dos consumidores quanto das montadoras, e a BMW é sua apoiadora mais brilhante.

fabrico

Atualmente, mais de 600 bilhões de metros cúbicos de hidrogênio puro são produzidos em todo o mundo. A principal matéria-prima para sua produção é o gás natural, que é processado em um processo conhecido como “reforma”. Quantidades menores de hidrogênio são recuperadas por outros processos, como eletrólise de compostos de cloro, oxidação parcial de óleo pesado, gaseificação de carvão, pirólise de carvão para produzir coque e reforma de gasolina. Aproximadamente metade da produção mundial de hidrogênio é utilizada para a síntese de amônia (que é utilizada como matéria-prima na produção de fertilizantes), no refino de petróleo e na síntese de metanol. Esses esquemas de produção sobrecarregam o meio ambiente em graus variados e, infelizmente, nenhum deles oferece uma alternativa significativa ao atual status quo energético - em primeiro lugar, porque usam fontes não renováveis ​​e, em segundo lugar, porque essa produção libera substâncias indesejadas, como carbono dióxido, que é o principal culpado. Efeito estufa. Uma proposta interessante para resolver esse problema foi feita recentemente por pesquisadores financiados pela União Européia e pelo governo alemão, que criaram a chamada tecnologia de “sequestro”, na qual o dióxido de carbono produzido durante a produção de hidrogênio a partir do gás natural é bombeado para antigos campos esgotados. petróleo, gás natural ou carvão. No entanto, este processo não é fácil de implementar, uma vez que nem os campos de petróleo nem os de gás são verdadeiras cavidades na crosta terrestre, mas na maioria das vezes são estruturas arenosas porosas.

O método futuro mais promissor de produção de hidrogênio continua sendo a decomposição da água por eletricidade, conhecida desde o ensino fundamental. O princípio é extremamente simples - uma tensão elétrica é aplicada a dois eletrodos imersos em banho-maria, enquanto os íons de hidrogênio carregados positivamente vão para o eletrodo negativo e os íons de oxigênio carregados negativamente vão para o positivo. Na prática, vários métodos principais são usados ​​para esta decomposição eletroquímica da água - "eletrólise alcalina", "eletrólise de membrana", "eletrólise de alta pressão" e "eletrólise de alta temperatura".

Tudo seria perfeito se a simples aritmética da divisão não interferisse no importantíssimo problema da origem da eletricidade necessária para esse fim. O facto é que, atualmente, a sua produção emite inevitavelmente subprodutos nocivos, cuja quantidade e tipo variam consoante a forma como é realizada e, sobretudo, a produção de eletricidade é um processo ineficiente e muito dispendioso.

Romper o vicioso e fechar o ciclo da energia limpa atualmente só é possível quando se usa a energia natural e especialmente a solar para gerar a eletricidade necessária para decompor a água. Resolver esse problema, sem dúvida, exigirá muito tempo, dinheiro e esforço, mas em muitas partes do mundo, gerar eletricidade dessa forma já se tornou um fato.

A BMW, por exemplo, desempenha um papel ativo na criação e desenvolvimento de usinas de energia solar. A usina, construída na pequena cidade bávara de Neuburg, usa células fotovoltaicas para produzir energia que produz hidrogênio. Os sistemas que usam energia solar para aquecer a água são particularmente interessantes, dizem os engenheiros da empresa, e o vapor resultante alimenta geradores de eletricidade - tais usinas solares já estão operando no deserto de Mojave, na Califórnia, que gera 354 MW de eletricidade. A energia eólica também está se tornando cada vez mais importante, com parques eólicos nas costas de países como Estados Unidos, Alemanha, Holanda, Bélgica e Irlanda desempenhando um papel econômico cada vez mais importante. Existem também empresas que extraem hidrogênio da biomassa em diferentes partes do mundo.

local de armazenagem

O hidrogênio pode ser armazenado em grandes quantidades nas fases gasosa e líquida. Os maiores desses reservatórios, nos quais o hidrogênio está a uma pressão relativamente baixa, são chamados de "medidores de gás". Tanques médios e menores são adequados para armazenar hidrogênio a uma pressão de 30 bar, enquanto os menores tanques especiais (dispositivos caros feitos de aço especial ou materiais compostos reforçados com fibra de carbono) mantêm uma pressão constante de 400 bar.

O hidrogênio também pode ser armazenado em fase líquida a -253°C por unidade de volume, contendo 0 vezes mais energia do que quando armazenado a 1,78 bar – para atingir a quantidade equivalente de energia em hidrogênio liquefeito por unidade de volume, o gás deve ser comprimido a 700 bar. É precisamente por causa da maior eficiência energética do hidrogênio resfriado que a BMW está colaborando com a empresa alemã de refrigeração Linde, que desenvolveu modernos dispositivos criogênicos para liquefazer e armazenar hidrogênio. Os cientistas também oferecem outras alternativas, mas menos aplicáveis, ao armazenamento de hidrogênio, por exemplo, armazenamento sob pressão em farinha de metal especial na forma de hidretos de metal, etc.

Transporte

Em áreas com alta concentração de fábricas de produtos químicos e refinarias de petróleo, já foi instalada uma rede de transmissão de hidrogênio. Em geral, a tecnologia é semelhante ao transporte de gás natural, mas nem sempre a utilização deste último para as necessidades de hidrogênio é possível. No entanto, ainda no século passado, muitas casas nas cidades europeias eram iluminadas por um leve gasoduto, que continha até 50% de hidrogênio e era usado como combustível para os primeiros motores estacionários de combustão interna. O nível de tecnologia atual também permite o transporte transcontinental de hidrogênio liquefeito por meio de tanques criogênicos existentes, semelhantes aos usados ​​para o gás natural. No momento, os cientistas e engenheiros estão fazendo grandes esperanças e esforços no campo da criação de tecnologias adequadas para a liquefação e transporte de hidrogênio líquido. Nesse sentido, são esses navios, tanques ferroviários criogênicos e caminhões que podem se tornar a base do futuro transporte de hidrogênio. Em abril de 2004, o primeiro posto de abastecimento de hidrogênio liquefeito de seu tipo, desenvolvido em conjunto pela BMW e Steyr, foi inaugurado nas imediações do Aeroporto de Munique. Com a sua ajuda, o enchimento dos tanques com hidrogênio liquefeito é realizado de forma totalmente automática, sem participação e sem risco para o motorista do carro.