Řízení vodíkového „eko-luxusního“ auta

Minulý týden jsem byl součástí skupiny novinářů, kteří jako první řídili sériově připravený vůz BMW Hydrogen 7 v Berlíně. Dvoupalivový vůz, který dokáže stisknutím tlačítka přepínat mezi spalováním benzínu a vodíku, je nesporně pozoruhodným technickým počinem. A ano, vydává hlavně vodní páru. Kdyby věci byly tak jednoduché; kdyby vodík byl skutečně praktický jako palivo.

Největší výzvou pro BMW byla konstrukce nádrže pro skladování kapalného vodíku při –253 °C. Mezi dvěma vrstvami nádrže z nerezové oceli je vakuum a několik vrstev hliníku a skleněných vláken. Grafika ukazuje trysku z čerpací stanice vodíku připevněnou k otvoru nádrže. (Úvěr: BMW)

BMW už několik let vyrábí prototypy aut se spalováním vodíku. Společnost také pracuje na vodíkových palivových článcích pro automobily s elektrickým pohonem, ale zjistila, že nemůže získat stejný výkon motoru, jaký je možný při spalování vodíku. (Dostanete auto, ale není to BMW, čichá Thomas Melcher, vedoucí inženýrství pohonných jednotek pro BMW.)

Multimédia

• SLIDESHOW: Prohlédněte si fotografie vozu

Nyní BMW nabízí verzi, která prošla přísnými kroky vývoje produktu a teoreticky by mohla být sériově vyráběna. V praxi však společnost vyrobí pouze 100 vozů a příští rok je začne pronajímat pečlivě vybraným a dosud nejmenovaným lidem v rámci masivní celosvětové propagační akce.

BMW tomu říká eko-luxus: auto, o kterém tvrdí, že je šetrné k životnímu prostředí, ale má spoustu koňských sil a všechny doplňky. BMW dává toto úsilí za ušlechtilý průkopnický tlak na přijetí vodíkové technologie. Stává se také, že se to zdvojnásobí jako zelené marketingové úsilí v době rostoucích obav z globálního oteplování způsobeného spalováním fosilních paliv.

Cestou po dálnici A-10 rychlostí 200 kilometrů za hodinu jsem stiskl tlačítko na palubní desce, které přepnulo auto z benzínu na vodík. Jediné, čeho jsem si všiml, byl zvuk: motor přešel do vyššího kvílení. Zářil červený symbol H2. Auto teď bez jakéhokoli škytání spalovalo vodík ve stejných lahvích, které před chvílí spalovaly benzín. Masivní 12válcový, 6litrový motor ale při spalování vodíku produkuje pouze 260 koní. Inženýři BMW tedy snížili výkon při spalování benzinu, aby tato dvě paliva dosáhla srovnatelného výkonu. (Normálně má 12válec s benzínem nějakých 400 koní.)

Přesto šla společnost v regulaci spalování vodíku dále než kterákoli jiná. Ještě před třemi lety motor běžel několik minut a pak se s velkým třeskem porouchal, říká Melcher. Výložník. Milujeme výbuchy! směje se. Ukázalo se, že kolem pístů uniklo trochu vodíku, mísilo se s olejem a explodovalo. Tento problém byl vyřešen úpravou pístních kroužků, aby se zabránilo úniku. Řídicí systémy motoru musely být také upraveny, aby se vypořádaly s mnohem rychlejším spalováním vodíku – hoří 100krát rychleji než benzín – a regulovaly jej tak, aby emise vedlejších produktů spalování, jako jsou oxidy dusíku, byly na stopových úrovních.

Řízení auta bylo zábavné – ale hlavně proto, že bylo z BMW řady 7. Skutečnost, že spaloval vodík, byla z hlediska řízení nevýrazná. Mnohem zajímavější bylo to, co bylo v kufru: odstranění plstěného panelu odhalilo lesklou ocelovou nádrž na vodík, která byla velká asi jako sud na pivo a zabrala polovinu prostoru kufru.

Tento tank zmátl inženýry BMW víc než cokoli jiného. Velmi chtěli ukázat, že vodík může být dalším benzínem – jen další kapalinou, kterou můžete dát do nádrže. Ale vodík chce být plyn. Aby byla tekutá, musíte ji vychladit na mrazivých -253 °C. Udržet ji tak chladnou v automobilové nádrži po jakoukoli dobu je extrémně obtížné.

Ve skutečnosti problém ještě nikdo plně nevyřešil. BMW navrhlo dvouplášťovou nádrž z nerezové oceli o hmotnosti 129 kilogramů. Mezi dvěma ocelovými vrstvami je vakuum a několik vrstev izolace navržených tak, aby odrážely teplo. BMW se chlubí, že kdybyste dali do nádrže sněhovou kouli, neroztála by 13 let. Bohužel vložte do nádrže kapalný vodík a během několika hodin se začne vařit.

Jak se vodík stává plynným, tlak uvnitř nádrže stoupá. V určitém okamžiku se otevře přetlakový ventil. Trocha vodíku se vypustí ven (asi 10 až 12 gramů za hodinu), prochází katalyzátorem, aby se přeměnila na vodu, a vystupuje z vozu speciální trubkou v zadním nárazníku. Pokud auto neřídíte, trvá pouze 17 hodin, než se spustí toto odvětrání. Zpola plná nádrž se téměř úplně vyvaří za devět dní.

Pokud je nádrž nějak poškozena a k vyvaření dojde mnohem rychleji, otevře se druhý ventil a surový vodík je veden potrubím do otvoru ve střeše. Protože tyto procesy úniku vodíku jsou stále ve vývoji a vyvolávají potenciální bezpečnostní obavy, BMW trvá na tom, aby uživatelé neparkovali vůz v uzavřené garáži. Společnost pracuje na nádržích nové generace využívajících lehčí materiály a zároveň sleduje oblast vědy o materiálech pro možné nové způsoby skladování, jako je skladování vodíku v materiálech vytvořených nanotechnologií.

Přesto bylo zábavné zaparkovat na čerpací stanici Total za Berlínem – jedné z mála demonstračních čerpacích stanic pro vodíková auta v Evropě, s několika dalšími roztroušenými po celém světě – a naplnit elegantní stroj kapalným vodíkem. Doplnění trvá asi osm minut. Maloobchodní cena byla 8 eur (asi 10,60 dolaru) za kilogram vodíku, který má přibližný energetický obsah jednoho galonu benzínu.

Klaus Draeger, vedoucí výzkumu BMW, naznačuje, že vodík je dnes tam, kde byl benzín před 100 lety. Kdo si před stoletím dokázal představit, že by existovala celosvětová síť čerpacích stanic? Jen málo vizionářů by si dokázalo představit, že se to stane. Mnoho inženýrů BMW vznášejících se nad novináři poznamenalo, že radikální změny infrastruktury nejsou velkou výzvou. A asi mají pravdu. Viděl jsem obrázky ukazující, jak Berlín vypadal před 60 lety. Je těžké nesouhlasit s tím, že infrastruktura může být kompletně přestavěna během desetiletí.

Ale pouze v případě, že to má smysl. V tomto případě není infrastruktura tím největším problémem. Největším problémem je vodík. Nemůžete to jen tak vykopat ze země a spálit. Musíte ho buď extrahovat z uhlovodíkových paliv, což maří účel čisté energie, nebo ho extrahovat z molekul vody použitím elektřiny – což znamená, že buď spalujete fosilní palivo zpět v elektrárně, nebo odebíráte tolik potřebnou obnovitelnou elektřinu. z elektrické sítě.

Když těžíte vodík z fosilních paliv, ve skutečnosti nakonec vypustíte více oxidu uhličitého. Ve skutečnosti má jízda v autě, jehož vodík byl extrahován ze zemního plynu, za následek zhruba dvojnásobek emisí oxidu uhličitého produkovaných jízdou v autě, které jednoduše spaluje zemní plyn přímo. Aby těžba vodíku z fosilních paliv vůbec dávala smysl z hlediska životního prostředí, separovaný oxid uhličitý by musel být sekvestrován pod zemí.

A pokud používáte elektřinu k dělení vody, musíte se ujistit, že elektřina sama o sobě nepochází z fosilních paliv. Elektřina by musela pocházet z obnovitelných zdrojů, jako je vítr nebo slunce. Není jasné, že výroba vodíku je nejmoudřejším využitím obnovitelné energie, kromě okrajového: může absorbovat elektřinu za velmi větrných nebo velmi slunečných dnů, kdy obnovitelné elektrárny produkují přebytečné zásoby.

BMW tvrdí, že jakmile dosáhneme průlomu v oblasti obnovitelných zdrojů a skladování vodíku, auta založená na technologii Hydrogen 7 mohou zaplnit každou příjezdovou cestu – a možná dokonce každou garáž. Chci, aby měla společnost pravdu. Představa vysoce výkonného vozu, který v podstatě vypouští pouze vodní páru, je velmi lákavá. Ale zatím se zdá, že Hydrogen 7 je pozoruhodným technickým úspěchem pro budoucnost, která možná nikdy nedorazí.

skrýt