211service.com
Att köra en väte 'Eco-Luxury' bil
Förra veckan var jag en del av en grupp journalister som var de första att köra den produktionsklara BMW Hydrogen 7-bilen i Berlin. Bilen med två bränslen, som kan växla mellan bensin och väteförbränning med en knapptryckning, är obestridligen en anmärkningsvärd ingenjörsprestation. Och ja, den avger främst vattenånga. Om saker bara vore så enkelt; om bara väte faktiskt vore praktiskt som bränsle.
Den största utmaningen för BMW var att konstruera en tank för att lagra flytande väte vid –253 °C. Ett vakuum och flera lager av aluminium och glasfiber sitter mellan två tanklager av rostfritt stål. Grafiken visar munstycket från en vätgastankstation fäst vid tankens port. (Kredit: BMW)
BMW har tillverkat prototypbilar med väteförbränning i flera år. Företaget arbetar också med vätebränsleceller för eldrivna bilar, men det fann att det inte kunde få samma motorkraft som är möjligt när vätgas förbränns. (Du får en bil, men det är inte en BMW, nosar Thomas Melcher, chef för motorteknik för BMW.)
Multimedia
BILDSPEL: Se bilder på bilen
Nu presenterar BMW en version som har gått igenom rigorösa produktutvecklingssteg och som i teorin skulle kunna massproduceras. I praktiken kommer företaget dock bara att tillverka 100 av bilarna och börja hyra ut dem nästa år till noggrant utvalda och ännu namnlösa personer i en massiv global reklamkampanj.
BMW kallar det eko-lyx: en bil som den hävdar är miljövänlig men har massor av hästkrafter och allt tillbehör. BMW framställer ansträngningen som en ädel, banbrytande satsning på vätgasteknik. Det råkar också fungera som en grön marknadsföringsinsats i en tid av växande oro för global uppvärmning driven av fossilbränsleförbränning.
När jag körde nerför A-10 autobahn i 200 kilometer i timmen tryckte jag på en knapp på instrumentbrädan, vilket bytte bilen från bensin till vätgas. Det enda jag märkte var ljudet: motorn flyttade till ett högre gnällande. En röd H2-symbol glödde. Utan någon hicka brände bilen nu väte i samma cylindrar som en stund tidigare hade bränt bensin. Men den massiva 12-cylindriga 6-litersmotorn producerar bara 260 hästkrafter vid förbränning av vätgas. Så BMW-ingenjörerna minskade bensinförbränningsprestandan för att ge de två bränslena jämförbara prestanda. (Normalt producerar den 12-cylindriga cirka 400 hästkrafter med bensin.)
Ändå har företaget gått längre än något annat när det gäller att reglera förbränning av väte. För bara tre år sedan skulle motorn gå i flera minuter och sedan gå sönder med en rejäl smäll, säger Melcher. Bom. Vi älskar explosioner! han skrattar. Det visade sig att lite väte läckte förbi kolvarna, blandades med olja och exploderade. Det problemet löstes genom att modifiera kolvringarna för att förhindra läckage. Motorkontrollsystem behövde också modifieras för att hantera den mycket snabbare förbränningen av väte - det brinner 100 gånger snabbare än bensin - och för att reglera det på ett sådant sätt att utsläppen av förbränningsbiprodukter som kväveoxider håller sig till spårnivåer.
Att köra bilen var kul – men mest för att den var från BMW 7-serien. Att det brände vätgas var inte anmärkningsvärt, ur körsynpunkt. Det som fanns i bagageutrymmet var mycket mer intressant: att ta bort en filtpanel avslöjade en glänsande vätelagringstank av stål, som var ungefär lika stor som en ölfat i full storlek och åt upp halva bagageutrymmet.
Denna tank förvirrade BMW-ingenjörerna mer än något annat. De ville väldigt gärna visa att väte kan vara nästa bensin – bara en annan vätska du kan lägga i tanken. Men väte vill vara en gas. För att göra det till en vätska måste du kyla det till frostiga -253 °C. Att hålla det så kallt i en biltank under en viss tid är extremt svårt.
Faktum är att ingen har helt löst problemet ännu. Vad BMW gjorde var att designa en dubbelväggig tank i rostfritt stål som vägde 129 kilo. Mellan de två stållagren finns ett vakuum och flera lager av isolering utformade för att reflektera värmen. BMW skryter med att om du stoppar en snöboll i tanken så skulle den inte smälta på 13 år. Tyvärr, lägg flytande väte i tanken och det kommer att börja koka inom några timmar.
När vätet blir gasformigt stiger trycket inuti tanken. Vid en viss punkt öppnas en övertrycksventil. Lite vätgas släpps ut (cirka 10 till 12 gram per timme), går genom en katalysator för att förvandla den till vatten och lämnar bilen genom ett speciellt rör i den bakre stötfångaren. Om du inte kör bilen tar det bara 17 timmar innan denna avluftning startar. En halvfull tank kommer nästan att koka av på nio dagar.
Om tanken på något sätt är skadad och avkokningen sker mycket snabbare, öppnas en andra ventil och råväte leds till en port i taket. Eftersom dessa processer för att fly väte fortfarande är under utveckling och väcker potentiella säkerhetsproblem, insisterar BMW på att användarna inte parkerar bilen i ett slutet garage. Företaget arbetar med nästa generations tankar som använder lättare material samtidigt som de håller ett öga på materialvetenskapsområdet för möjliga nya lagringsmetoder, som lagring av väte i nanokonstruerade material.
Ändå var det kul att parkera vid en Total-bensinstation utanför Berlin – en av få demonstrationstankstationer för vätgasbilar i Europa, med flera andra utspridda runt om i världen – och fylla den eleganta maskinen med flytande väte. En påfyllning tar cirka åtta minuter. Detaljpriset var 8 euro (cirka 10,60 dollar) för ett kilo väte, som har ungefärligt energiinnehåll av en gallon bensin.
Klaus Draeger, en forskningschef hos BMW, föreslår att väte idag är där bensin fanns för 100 år sedan. För ett sekel sedan, säger han, vem kunde föreställa sig att det skulle finnas ett världsomfattande nätverk av bensinstationer? Bara ett fåtal visionärer skulle kunna föreställa sig att det skulle hända. Många av BMW-ingenjörerna som svävade över journalisterna noterade att radikala infrastrukturförändringar inte är en stor utmaning. Och de har förmodligen rätt. Jag har sett bilder som visar hur Berlin såg ut för 60 år sedan. Det är svårt att inte hålla med om att infrastruktur kan byggas om helt inom några decennier.
Men bara om det är vettigt att göra det. I det här fallet är inte infrastrukturen det största problemet. Vätgas är den största frågan. Du kan inte bara gräva upp den ur marken och bränna den. Du måste antingen utvinna det från kolvätebränslen, vilket motverkar syftet med ren energi, eller extrahera det från vattenmolekyler genom att använda elektricitet – vilket innebär att du antingen bränner tillbaka det fossila bränslet vid kraftverket eller tar bort välbehövlig förnybar el från elnätet.
När du utvinner väte från fossila bränslen släpper du faktiskt ut mer koldioxid. Att köra en bil vars vätgas utvinns ur naturgas resulterar faktiskt i ungefär det dubbla koldioxidutsläppen som produceras av att köra en bil som helt enkelt förbränner naturgasen direkt. För att utvinning av väte med fossila bränslen någonsin ska vara meningsfullt ur ett miljöperspektiv måste den separerade koldioxiden bindas under jorden.
Och om du använder el för att dela vatten måste du se till att elen inte i sig kommer från fossila bränslen. Elen måste komma från en förnybar källa, som vind eller sol. Det är inte klart att väteproduktion är den klokaste användningen av förnybar energi, förutom marginellt: den kan absorbera elektricitet under mycket blåsiga eller mycket soliga dagar, när förnybara kraftverk producerar överskott.
BMW hävdar att när vi väl har fått genombrott inom förnybar försörjning och vätgaslagring kan bilar baserade på Hydrogen 7-teknik fylla varje uppfart – och kanske till och med varje garage. Jag vill att företaget ska ha rätt. Tanken på en högpresterande bil som i huvudsak bara släpper ut vattenånga är väldigt lockande. Men för tillfället verkar Hydrogen 7 vara en anmärkningsvärd ingenjörsprestation för en framtid som kanske aldrig kommer.