Ødelegger hydrogen metaller?

Tilbake på 1980-tallet var Michael Knight en av de eneste menneskene som raste rundt i en hydrogendrevet bil (og det var på TV). Ti år senere gjør denne brenselcellebussen seg klar til å ta turen ut for en demonstrasjonstur som om det ikke er noen stor ting. Vil du lære mer? Sjekk ut disse alternative bilene til kjøretøy! AP Photo / Bob Child

Lenge før David Hasselhoff kruset pecs på strendene i "Baywatch", spilte han hovedrollen i et TV-program som heter "Knight Rider", en action-hit med en superbil kalt KITT. Den prangende bilen var så kul og så kraftig (Hvilken selvrespekt tenåringshane ville ikke sitte bak rattet?) At vår krøllete helte lett jaget skurkene over hele byen på en forbløffende 300 mil (483 kilometer) per time. Dang, bilen snakket til og med som en omsorgsfull bestefar.

Hva ga KITT sin fantastiske kraft? Bilen var utstyrt med en hydrogendrevet motor som tillot Michael Knight (Hasselhoff) å bedevil de mest uhyggelige TV-skurkene på begynnelsen av 80-tallet.

Mer enn et tiår etter at den opprinnelige serien krasjet og brant i rangeringene, begynte politikere, journalister og andre å fremvise hydrogen som fremtidens energi, et alternativ til fossile brensler som kull. De sa at hydrogen var det magiske eliksiret som ville gi drivstoff til alle transport og elektriske behov. Tross alt var hydrogen rikelig og brent rent, noe som teoretisk sett ville bidratt til å redusere klimagassutslippene. Faktisk, i 2003, kunngjorde ingen ringere enn USAs president George W. Bush, som tjente formuen i oljevirksomheten, at han øremerket 1,2 milliarder dollar i et forsøk på å gjøre hydrogen til det valgte drivstoffet for amerikanere [kilde: CNN].

Hvem kan klandre ham? Hydrogen er en fantastisk kilde til drivstoff. Pokker, det makter solen. Ikke bare det, vi kan aldri gå tom for hydrogen. Det er i luften og i vannet vårt. Hydrogen er det mest rikholdige elementet i universet (selv om det ikke er på jorden).

Men før du investerer i et hydrogendrevet kjøretøy, bør du tenke på dette: Rust sover aldri, og heller ikke hydrogen. Elementet gjør metall sprøtt, reduserer styrken og kan svekke en bil som en termitt gjennom tre [kilde: Science Daily]. Jepp, ikke bra.

Hydrogen, i sin fremste posisjon på det periodiske bordet. Vil du se en større versjon? Klikk her for å se en større, mer detaljert versjon av periodiske tabeller. Det åpnes i et eget vindu, slik at du kan veksle mellom artikkelen og tabellen. ©

La oss reise tilbake i tid til år 1520. I Sveits har en alkymist ved navn Philippus Aureolus Paracelsus lagt et stykke jern i en løsning av svovelsyre. Syren begynner å boble i "en luft som sprenger ut som vinden." Selv om Paracelsus ikke visste det da, viste den boblefremførende vinden seg å være hydrogen. Elementet nr. 1 ble offisielt navngitt på slutten av 1700-tallet av Antoine-Laurent Lavoisier, en fransk aristokrat som dablet i vitenskapen og til slutt mistet hodet under den franske revolusjonen [kilder: ASME, Chemical Heritage].

Forskere og oppfinnere fant snart ut at Lavoisiers hydrogen var det letteste elementet i universet. Selv om det kan være fantastisk å fylle ballonger, var det ikke så kjempebra når det gjaldt samspill mellom hydrogen og metall. Faktisk har hydrogenatomer den uhyggelige evnen til å sive gjennom forskjellige metaller, gjøre dem sprø, til slutt sprekke, sprekke og bryte dem [kilde: Science Daily].

Selv om forskere har studert fenomenene siden 1875, forstår de ikke helt fysikken i problemet. Det de vet er at hydrogenatomer lett diffunderer eller spres gjennom metaller, spesielt ved høye temperaturer. Atomene rekombinerer hverandre med hverandre for å danne hydrogenmolekyler. Disse molekylene finner et hjem i mikroskopiske kriker og kroker av metallet, og skaper en enorm mengde trykk. Dette trykket reduserer metallets strekkfasthet. Sprekk! Metallet går i stykker [kilde: McGill University].

Forskere kan ikke forutsi hvor hydrogenforgiftning vil oppstå. Alt de vet er at det bittesmå hydrogenatom elsker å gjennomsyre og sømme de fleste høyfastede legeringer, inkludert stål og de som er nikkelbaserte. De kan til og med se det skje under datasimuleringer [kilde: McGill University]. Alvorlighetsgraden av embrittlement varierer med legeringstype og temperatur [kilde: grå].

Hydrogenembrittlement har blitt bane for slike ting som hangarskip, slagskip, fly, romskip og atomreaktorer. Noen ganger har konsekvensene vært livsfarlige. I 1985 døde en soldat i Storbritannia da boltene på en amerikanskprodusert 155 mm howitzer selvgående pistol mislyktes. Boltene holdt nede manifolden som løftet og senket pistolen. Boltene klikket og festet soldaten under manifolden. Etterforskerne ga skylden for hydronspredning. Gassen gjorde boltene så skjøre at de ikke tålte de tunge støt som ble produsert av skytepistolen. I 1984 klikket også boltene (også for pistolmonteringene) på en M1 Abrams-tank [kilde: Anderson].

Forskere jobber febrilsk med å forsøke å forutsi hvordan, når og hvor hydrogenembrittlement skal finne sted. Bilbransjen er blant andre opptatt av det. Som du sikkert vet, får hydrogendrevne kjøretøy energi fra en enhet som kalles a brenselcelle. Drivstoffceller lar hydrogen kombinere med oksygen for å produsere varme og elektrisitet. De eneste biproduktene er varme og vann [kilde: National Renewable Energy Laboratory].

Hydrogenatomer kan bore i metall under produksjonsprosessen, for eksempel når arbeidere kromplate-bildeler, sveiser deler sammen, eller når metall freses eller presses. Hydrogeninfiltrasjon kan også oppstå når bilen kjøres på veien. Atomene metter metall, siver inn i bensintanker og andre komponenter. Som et resultat kan bildeler som drivstofftanker, brenselceller og kulelager svikte uten forvarsel. Resultatet? Kostbare reparasjonsregninger - og verre [kilde: Science Daily].

Ikke la søppelbilen komme med en gang ennå. Forskere i Tyskland har studert hvordan hydrogenatomer beveger seg gjennom metall. Ved å spore atomenes rute håper de å utvikle forstyrrelsesresistente materialer som kan brukes i hydrogenbiler. Forskere forsker også på måter å stoppe forlisteprosessen ved stadig å varme opp atomatomene som alltid er på farten [kilde: Science Daily].

Ved å bedre forstå hvordan hydrogenatomer utfører sin ødeleggende virksomhet, er forskere og ingeniører sikre på at de vil være i stand til å lage ombord drivstofftanker og andre deler som ikke forringes over tid [kilde: Azom.com]. Før du vet ordet av det, kjører vi alle hydrogenbiler.

Forfatterens merknad: Ødelegger hydrogen metall?

Inntil jeg begynte å forske på denne artikkelen, ante jeg ikke at hydrogen, det mest tallrike elementet i universet, var så ødeleggende. Å visst, jeg visste det grunnleggende om hvorfor min elskede Ford Ranger fra 1993 begynte å ruste - oksygen kombinert med jern for å danne jernoksid, og før jeg visste ordet av det, skrapte jeg og malte og malte. Jeg skulle nok ikke ha blitt overrasket over å vite at hydrogen spiser vekk på metall like lett. Hydrogenembrittlement er en alvorlig sak, spesielt når hydrogen er en nøkkelkomponent i å løse våre drivstoffbehov og hjelpe planeten. Forhåpentligvis vil forskere kunne finne ut en kostnadseffektiv løsning på problemet.

relaterte artikler

• Kan hydrogen være fremtidens drivstoff?
• Hva er fordelene med hydrogendrevne kjøretøyer??
• Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
• Hvordan brenselceller fungerer
• Hvordan Hydrogenøkonomien fungerer
• Hvordan hydrogenbiler fungerer

kilder

• The American Society of Mechanical Engineers (ASME). "RL10 rakettmotor." (14. januar 2013) http://files.asme.org/asmeorg/community/history/landmarks/5636.pdf
• Anderson, Jack. "Soldat dør når feilvåpen går i stykker." Ocala Star-Banner. 16. februar 1987. (5. januar 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=no
• Azom.com. "Hydrogen Economy of the Future Spurs Hydrogen Embrittlement Research. 28. mai 2008. (5. januar 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
• Stiftelsen Chemical Heritage. "Antoine-Laurent Lavoisier." (4. januar 2013) http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
• CNN.com. "Bush gir fordelene med hydrogenbrensel." 6. februar 2003. (3. jan. 2013) http://articles.cnn.com/2003-02-06/politics/bush-energy_1_hydrogen-power-fuel-cells-dependence-on-foreign-oil?_s = PM: ALLPOLITICS
• Grått, Hugh. R. "Hydrogen Environment Embrittlement." NASA. 26. juni 1972. (5. januar 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
• Making-Hydrogen.com. "Historie om hydrogen." (4. januar 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
• McGill University. "Studie avslører ledetråder for årsak til hydrogensprøyting." 19. november 2012. (7. januar 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
• Nasjonalt laboratorie for fornybar energi. "Hydrogen Basics." 18. mai 2012. (4. januar 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
• Science Daily. "Ledetråder til årsaken til hydrogenembrittlement i metaller: Funn kan veilede utforming av nye smeltebestandige materialer." 19. november 2012. (4. januar 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
• Science Daily. "Hydrogen får metall til å bryte." 21. august 2010. (3. januar 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm