Ødelægger brint metaller?

Tilbage i 1980'erne var Michael Knight en af ​​de eneste mennesker, der kørte rundt i en brintdrevet bil (og det var på TV). Ti år senere gør denne brændselscellebus klar til at tage ud på en demonstration, som om det ikke er nogen stor ting. Vil du lære mere? Tjek disse alternative billeder af brændstofkøretøjer! AP-foto / Bob Child

Længe før David Hasselhoff krusede hans pecs på strandene i "Baywatch", spillede han hovedrollen i et tv-program kaldet "Knight Rider", en action-hit med en superbil ved navn KITT. Den prangende bil var så sej og så kraftig (Hvilken selvrespektive teenagemand ville ikke sidde bag rattet?) At vores krøllede helt let jagede skurke over hele byen på en forbløffende 300 kilometer (483 kilometer) pr. time. Dang, bilen talte endda som en omsorgsfuld bedstefar.

Hvad gav KITT sin fantastiske kraft? Bilen var udstyret med en brintdrevet motor, der gjorde det muligt for Michael Knight (Hasselhoff) at bedevil de mest uhyggelige tv-skurke i begyndelsen af ​​80'erne.

Mere end et årti efter den oprindelige serie styrtede ned og blev brændt i klassificeringerne, begyndte politikere, journalister og andre at præsentere brint som fremtidens energi, et alternativ til fossile brændstoffer som kul. De sagde, at brint var den magiske eliksir, der ville brændstof for alle vores transport- og elektriske behov. Når alt kommer til alt var brint rigeligt og brændt rent, hvilket teoretisk kunne hjælpe med at skære ned på drivhusgasudledningen. Faktisk annoncerede ingen andre end den amerikanske præsident George W. Bush i 2003, som gjorde hans formue i oliebranchen, at han øremærkede 1,2 milliarder dollars i et forsøg på at gøre brint til det valgte brændstof til amerikanerne [kilde: CNN].

Hvem kan skylde ham? Brint er en vidunderlig kilde til brændstof. Pokker, det kræver solen. Ikke kun det, vi kan aldrig gå tør for brint. Det er i vores luft og i vores vand. Brint er det mest rigelige element i universet (skønt ikke på Jorden).

Men inden du investerer i et brintdrevet køretøj, skal du tænke over dette: Rust sover aldrig, og heller ikke brint. Elementet gør metal sprødt, reducerer dets styrke og kan svække en bil som en termit gennem træ [kilde: Science Daily]. Jepp, ikke godt.

Hydrogen, i sin førende position på det periodiske bord. Vil du se en større version? Klik her for at se en større, mere detaljeret version af den periodiske tabel. Det åbnes i et separat vindue, så du kan skifte mellem artiklen og tabellen. ©

Lad os rejse tilbage i tiden til året 1520. I Schweiz har en alkymist ved navn Philippus Aureolus Paracelsus lagt et stykke jern i en opløsning af svovlsyre. Syren begynder at boble i "en luft, der brister frem som vinden." Selvom Paracelsus ikke vidste det dengang, viste den boblefremstillende vind at være brint. Elementet nr. 1 blev officielt navngivet i slutningen af ​​det 18. århundrede af Antoine-Laurent Lavoisier, en fransk aristokrat, der dybt i videnskaben og til sidst mistede sit hoved under den franske revolution [kilder: ASME, Chemical Heritage].

Forskere og opfindere fandt snart, at Lavoisiers brint var det letteste element i universet. Selvom det måske var vidunderligt at fylde balloner ud, var det ikke så fantastisk når det kom til interaktioner mellem brint og metal. Faktisk har brintatomer den uhyggelige evne til at sive gennem forskellige metaller, gøre dem skøre, til sidst revne, sprænge og bryde dem [kilde: Science Daily].

Selvom forskere har undersøgt fænomenerne siden 1875, forstår de ikke fuldstændigt problemets fysik. Hvad de ved, er, at brintatomer let diffunderer eller spreder sig gennem metaller, især ved høje temperaturer. Atomer rekombineres med hinanden for at danne brintmolekyler. Disse molekyler finder et hjem i de mikroskopiske kroge og kroge af metallet, hvilket skaber en enorm mængde pres. Dette tryk reducerer metalets trækstyrke. Sprække! Metallet går i stykker [kilde: McGill University].

Forskere kan ikke forudsige, hvor brintforstøvning vil forekomme. Alt, hvad de ved, er, at det lille hydrogenatom elsker at gennemtrænge og smelte de fleste højstyrkelegeringer, herunder stål og dem, der er nikkelbaseret. De kan endda se det ske under computersimuleringer [kilde: McGill University]. Sværhedsgraden af ​​forstøvning varierer med legeringstypen og med temperaturen [kilde: grå].

Hydrogenembrittlement er blevet bane for sådanne ting som luftfartsselskaber, slagskibe, fly, rumskibe og atomreaktorer. Lejlighedsvis har konsekvenserne været dødbringende. I 1985 døde en soldat i Storbritannien, da boltene på en amerikanskfremstillet 155 mm howitz selvkørende pistol mislykkedes. Boltene holdt nede manifolden, der løftede og sænkede pistolen. Boltene knækkede og fastgør soldaten under manifolden. Efterforskerne beskyldte brintforbrændingen. Gassen gjorde boltene så skrøbelige, at de ikke kunne modstå de tunge sprøjter, der blev produceret af skyderpistolen. I 1984 knækkede også boltene (også til pistolophængene) på en M1 Abrams-tank [kilde: Anderson].

Forskere arbejder hårdt på at forsøge at forudsige, hvordan, hvornår og hvor brintforbrændingen vil finde sted. Bilbranchen er blandt andre bekymret for det. Som du sikkert ved, får brintdrevne køretøjer deres energi fra en enhed kaldet a brændselscelle. Brændselsceller tillader brint at kombinere med ilt for at producere varme og elektricitet. De eneste biprodukter er varme og vand [kilde: National Renewable Energy Laboratory].

Hydrogenatomer kan bore i metal under fremstillingsprocessen, f.eks. Når arbejdstagere kromplade bildele, svejse dele sammen, eller når metal formales eller presses. Hydrogeninfiltrering kan også forekomme, når bilen køres på vejen. Atomerne metter metal og siver ind i brændstoftanke og andre komponenter. Som et resultat kan bildele som brændstoftanke, brændselsceller og kuglelejer mislykkes uden advarsel. Resultatet? Dyr reparationsregninger - og værre [kilde: Science Daily].

Må ikke skræmme brintbil-idéen endnu. Forskere i Tyskland har undersøgt, hvordan brintatomer bevæger sig gennem metal. Ved at spore atomernes rute håber de at udvikle forstærkningsresistente materialer, der kan bruges i brintbiler. Videnskabsfolk undersøger også måder at stoppe forvekslingsprocessen ved konstant at opvarme de hydrogenatomer, der altid er på farten [kilde: Science Daily].

Ved bedre at forstå, hvordan brintatomer går til deres destruktive forretning, er videnskabsmænd og ingeniører sikre på, at de vil være i stand til at fremstille ombord brændstoftanke og andre dele, der ikke nedbrydes over tid [kilde: Azom.com]. Inden du ved det, kører vi alle brintbiler.

Forfatterens note: Ødelægger brint metal?

Indtil jeg begyndte at forske på denne artikel, vidste jeg ikke, at brint, det mest rigelige element i universet, var så ødelæggende. Åh helt sikkert, jeg kendte det grundlæggende, hvorfor min elskede Ford Ranger fra 1993 begyndte at ruste - ilt kombineret med jern til dannelse af jernoxid, og inden jeg vidste det, skrabede jeg og malede og malede. Jeg skulle nok ikke have været overrasket over at vide, at brint spiser væk ved metal lige så let. Brintforbrænding er en alvorlig sag, især når brint er en nøglekomponent i at løse vores brændstofbehov og hjælpe planeten. Forhåbentlig vil forskere kunne finde ud af en omkostningseffektiv løsning på problemet.

relaterede artikler

• Kan brint være fremtidens brændstof?
• Hvad er fordelene ved brintdrevne køretøjer?
• Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
• Sådan fungerer brændselsceller
• Sådan fungerer brintøkonomien
• Sådan fungerer brintbiler

Kilder

• American Society of Mechanical Engineers (ASME). "RL10 raketmotor." (14. januar 2013) http://files.asme.org/asmeorg/community/history/landmarks/5636.pdf
• Anderson, Jack. "Soldat dør, når defekte våben 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=da
• Azom.com. "Fremtidens brintøkonomi fremkalder spaltning af brintforbrændingsanlæg. 28. maj 2008. (5. januar 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
• The Chemical Heritage Foundation. "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 giver fordel af brintbrændstof." 6. februar 2003. (3. januar 2013) http://articles.cnn.com/2003-02-06/politics/bush-energy_1_hydrogen-power-fuel-cells-dependence-on-foreign-oil?_s = PM: ALLPOLITICS
• Grå, Hugh. R. "Hydrogenmiljøembrition." NASA. 26. juni 1972. (5. januar 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
• Making-Hydrogen.com. "Hydrogenhistorie." (4. januar 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
• McGill University. "Undersøgelse afslører ledetråd til årsag til brintforbrydelse." 19. november 2012. (7. januar 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
• Nationalt laboratorium for vedvarende energi. "Hydrogenbasics." 18. maj 2012. (4. januar 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
• Videnskab Daily. "Vejledninger til årsag til brintembrydning i metaller: Resultater kan være vejledende for design af nye smeltemodstandsdygtige materialer." 19. november 2012. (4. januar 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
• Videnskab Daily. "Hydrogen får metal til at gå i stykker." 21. august 2010. (3. januar 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm