Uwaga, wodór!

Poniedziałek, 22 grudnia 2014 (12:00)

W "Motorze" nr 28 z 9 lipca 1989 roku - prezentacja BMW serii 7 z silnikiem zasilanym wodorem.

Od redakcji: w przyszłym roku do sprzedaży trafi pierwsze seryjne auto zasilane wodorem - a ściślej, energią elektryczną pochodzącą z ogniw paliwowych na wodór. Od wielu lat prowadzono jednak badania nad silnikami, które "bezpośrednio" pracują na wodorze. Prowadziły je m.in. firmy Mazda oraz BMW. Wodorowe jednostki montowano do kolejnych generacji serii 7: E23, E32, E38 oraz E65/E66. Na bazie tej ostatniej powstał model BMW Hydrogen 7, który w niewielkiej serii (100 sztuk, fot. poniżej) trafił nawet do seryjnej produkcji i służył głównie jako limuzyna dla polityków oraz celebrytów. Jego silnik - 6.0 V12 o mocy 260 KM - mógł pracować zarówno na benzynie, jak i na wodorze. Niestety, w nieużywanym samochodzie po 17 godzinach postoju zaczynała wzrastać temperatura zbiornika, a wodór zaczyna się ulatniać (aby utrzymać fazę ciekłą, musiał być schłodzony do -253 st. Celsjusza). Po 10-12 dniach cały wyparowywał.

***

To nie przesada, lecz konieczność, aby przy posługiwaniu się wodorem w jakiejkolwiek jego postaci być ze wszech miar ostrożnym. Wodór bowiem zmieszany z tlenem, jest czynnikiem niezwykle wybuchowym. Przekonali się o tym wielokrotnie przedwojenni twórcy sterowców, pamiętają o tej własności paliwa wodorowego twórcy eksperymentalnych samochodów. Nie jest więc niczym dziwnym, że w pojazdach tych tuż pod sufitem umieszczony jest czujnik zawartości wodoru w powietrzu. Normalne wydaje się również to, że w przypadku wykrycia w kabinie pojazdu nawet nieznacznej zawartości wodoru czujnik ten powoduje automatyczne otwieranie okien i klapy w dachu.

Po fazie dużego zainteresowania paliwami alkoholowymi uczeni doszli do wniosku, że należy poświęcić uwagę przede wszystkim wodorowi jako potencjalnemu paliwu przyszłości. Po pierwsze dlatego, że pierwiastka oznaczonego literą H jest w przyrodzie praktycznie nieograniczona ilość - wystarczy pomyśleć ile wodoru można by uzyskać z rozkładu wody zawartej w oceanach. Po drugie - koszty uzyskiwania takiego paliwa, na razie jeszcze bardzo wysokie, w perspektywie zrównają się być może z kosztami wytwarzania paliwa alkoholowego na drodze zamiany milionów hektarów na przykład trzciny cukrowej na węglowodory drogą przeróbki chemicznej. Praktykowano to w Brazylii, ale jaki inny kraj ma tyle uprawnej ziemi?

Zadanie dostosowania samochodu do spalania paliwa przyszłości - wodoru - jest wszakże bardzo trudne. W pierwszej fazie badań dążono do stworzenia silnika, który pracowałby z wtryskiem ciekłego wodoru do komór spalania. Chciano w ten sposób wyeliminować obecność tego pierwiastka w przewodach dolotowych silnika, gdyż jest to związane z niebezpieczeństwem wybuchu resztek wodoru. Wtrysk bezpośredni daje zresztą znacznie wyższą moc z jednostki pojemności skokowej niż metoda przygotowywania mieszanki na zewnątrz cylindra. Niestety, wtryskiwać trzeba by wodór w stanie ciekłym, a wówczas ma on bagatela, temperaturę -253°C. Problemy powstają więc już przy magazynowaniu tego paliwa. Na szczęście, udało się stworzyć zbiorniki do przechowywania ciekłego wodoru. Choć zmniejszają one dość znacznie pojemność bagażnika, są jednak niemal w pełni bezpieczne. Konstruktorzy pogodzili się bowiem z faktem, że nawet przy najlepiej izolowanym próżniowo zbiorniku i tak około 2 procent jego zawartości uciekać będzie każdego dnia do atmosfery. Stworzyli więc skuteczne układy odpowietrzające, zapobiegające niebezpieczeństwu wybuchu tych właśnie dwu procent gazu.

Punkt krytyczny tkwi więc gdzie indziej. Wyobraźmy sobie pompę wtryskową, a i pompę podającą, przez które przepływa ciecz o temperaturze -253°C. Wszelkie znane środki smarne okazują się nieprzydatne, gdyż twardnieją na kamień w temperaturach dużo wyższych. Sam wodór zaś nie ma żadnych własności smarnych. Dotychczas opracowane pompy odmawiały więc posłuszeństwa po kilkunastu, a nieraz po kilku już godzinach pracy. Tak więc dążenie konstruktorów, by upodobnić silnik wodorowy do silnika wysokoprężnego, z wypływającą stąd możliwością znacznego zubażania mieszanki wodorowo-powietrznej, na niewiele się zdało. Dziś badacze stawiają raczej na "zasilanie zewnętrzne", podobne do tego, jakie istnieje w silniku benzynowym. Wodór ze zbiornika izolowanego warstewką próżniową podawany jest, pod ciśnieniem parokrotnie tylko wyższym od atmosferycznego, do wymiennika ciepła, gdzie następuje jego parowanie. Pary wodoru doprowadzane są następnie do sterowanego elektrycznie zaworu dozującego, a stamtąd wdmuchiwane do kanałów ssących poszczególnych silników. Mieszanka ma znaczny nadmiar powietrza co pozwala ograniczyć ilość tworzących się w procesie spalania tlenków azotu, innych związków szkodliwych praktycznie nie ma. Wprawdzie moc takiego silnika jest mniejsza niż przy wtrysku bezpośrednim ciekłego wodoru, lecz inżynierowie wszystkich firm zajmujących się tą problematyką między innymi BMW i Daimler Benz, są zgodni, że na obecnym etapie o sukcesie nowego paliwa decydować będzie przede wszystkim bezpieczeństwo oraz niezawodność instalacji. Niestety, przy wtrysku bezpośrednim nie można było tego zapewnić.

Zaleta zasilania pośredniego leży i w tym, że wykorzystać można w praktyce niemal cały dotychczasowy osprzęt silnika, łącznie z ewentualnie używanym układem wtryskowym benzyny. Mniejsze byłyby koszty jednostki napędowej na to nowe paliwo, łatwiejsza obsługa. Ponadto można by w każdej chwili przejść z zasilania wodorem na pracę na benzynie, gdy w zbiorniku zabraknie wodoru. Dziś tankowanie samochodów doświadczalnych możliwe jest tylko w jednej czy dwóch placówkach na terenie danego kraju. Ściślej - w dziale doświadczalnym konkretnej wytwórni. Ale i w pierwszej fazie wprowadzania paliwa wodorowego, która zdaniem ekspertów, mieć będzie miejsce najwcześniej za lat trzydzieści, stacje wodorowe będą początkowo rozrzucone w dużych odległościach. Ratunkowy zbiorniczek z benzyną byłby więc rzeczą bardzo cenną.

Wypada teraz powiedzieć parę słów o możliwościach pozyskiwania wodoru. Fachowcy są zdania, że możliwe to będzie na skalę przemysłową jedynie w drodze rozkładu chemicznego wody morskiej. Na to potrzeba jednak sporo energii i z tym będzie największy problem. Być może uda się wprzęgnąć do tego zadania energię słoneczną, być może korzystać się będzie z elektrowni atomowych, zwłaszcza poza okresami porannego czy wieczornego szczytu obciążenia. Era paliwa wodorowego zbliża się w miarę tego jak coraz szybciej wyczerpywać się będą zapasy ropy naftowej.

Tomasz Sobiecki

BMW 750d xDrive - TEST

BMW 730i kontra Audi A8 2.8 - "Motor" z 1995 roku

Motor

Podziel się