Zerstört Wasserstoff Metalle?

In den 1980er Jahren war Michael Knight einer der wenigen, die in einem wasserstoffbetriebenen Auto herumfuhren (und das war im Fernsehen). Jahrzehnte später macht sich dieser Brennstoffzellenbus bereit für eine Demonstrationsfahrt, als wäre es keine große Sache. Möchten Sie mehr erfahren? Schauen Sie sich diese Fahrzeugbilder mit alternativen Kraftstoffen an! AP Foto / Bob Kind

Lange bevor David Hasselhoff seine Brustmuskeln an den Stränden von "Baywatch" kräuselte, spielte er in einer TV-Show namens "Knight Rider", einem Action-Hit mit einem Supersportwagen namens KITT. Das auffällige Auto war so cool und so kraftvoll (Welcher Teenager mit Selbstachtung wollte nicht hinter dem Lenkrad sitzen?), Dass unser Held mit den lockigen Haaren mit einer Geschwindigkeit von erstaunlichen 483 Kilometern leicht Bösewichte in der ganzen Stadt verfolgte Stunde. Verdammt, das Auto sprach sogar wie ein fürsorglicher Großvater.

Was gab KITT seine unglaubliche Kraft? Das Auto war mit einem wasserstoffbetriebenen Motor ausgestattet, der es Michael Knight (Hasselhoff) ermöglichte, die schändlichsten TV-Bösewichte der frühen 80er Jahre zu belästigen.

Mehr als ein Jahrzehnt, nachdem die ursprüngliche Serie in den Ratings abgestürzt und verbrannt war, begannen Politiker, Journalisten und andere, Wasserstoff als Energie der Zukunft zu bewerben, eine Alternative zu fossilen Brennstoffen wie Kohle. Sie sagten, Wasserstoff sei das magische Elixier, das all unsere Transport- und Strombedürfnisse befeuern würde. Schließlich war Wasserstoff reichlich vorhanden und wurde sauber verbrannt, was theoretisch dazu beitragen würde, die Treibhausgasemissionen zu senken. Tatsächlich gab 2003 kein anderer als der US-Präsident George W. Bush, der sein Vermögen im Ölgeschäft gemacht hatte, bekannt, dass er 1,2 Milliarden US-Dollar vorsieht, um Wasserstoff zum Kraftstoff der Wahl für Amerikaner zu machen [Quelle: CNN]..

Wer könnte ihm die Schuld geben? Wasserstoff ist eine wunderbare Kraftstoffquelle. Verdammt, es treibt die Sonne an. Darüber hinaus kann uns nie der Wasserstoff ausgehen. Es liegt in unserer Luft und in unserem Wasser. Wasserstoff ist das reichlichste Element im Universum (obwohl nicht auf der Erde).

Aber bevor Sie in ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug investieren, denken Sie darüber nach: Rost schläft nie und Wasserstoff auch nicht. Das Element macht Metall spröde, verringert seine Festigkeit und kann ein Auto wie eine Termite durch Holz schwächen [Quelle: Science Daily]. Ja, nicht gut.

Wasserstoff in seiner führenden Position im Periodensystem. Möchten Sie eine größere Version sehen? Klicken Sie hier, um eine größere, detailliertere Version des Periodensystems anzuzeigen. Es wird in einem separaten Fenster geöffnet, sodass Sie zwischen dem Artikel und der Tabelle wechseln können. ©

Reisen wir zurück in die Zeit des Jahres 1520. In der Schweiz hat ein Alchemist namens Philippus Aureolus Paracelsus ein Stück Eisen in eine Schwefelsäurelösung gegeben. Die Säure beginnt in "einer Luft zu sprudeln, die wie der Wind ausbricht". Obwohl Paracelsus es damals nicht wusste, stellte sich heraus, dass dieser blasenbildende Wind Wasserstoff war. Das Element Nr. 1 wurde Ende des 18. Jahrhunderts von Antoine-Laurent Lavoisier, einem französischen Aristokraten, der sich mit Wissenschaft beschäftigte und schließlich während der Französischen Revolution den Kopf verlor, offiziell benannt [Quellen: ASME, Chemical Heritage].

Wissenschaftler und Erfinder fanden bald heraus, dass Lavoisiers Wasserstoff das leichteste Element im Universum war. Das mag sich zwar als wunderbar zum Auffüllen von Luftballons erweisen, war aber bei Wechselwirkungen zwischen Wasserstoff und Metall nicht so beeindruckend. Tatsächlich haben Wasserstoffatome die unheimliche Fähigkeit, durch verschiedene Metalle zu sickern, sie spröde zu machen, sie schließlich zu knacken, zu brechen und zu brechen [Quelle: Science Daily].

Obwohl Wissenschaftler die Phänomene seit 1875 untersuchen, verstehen sie die Physik des Problems nicht vollständig. Was sie wissen ist, dass Wasserstoffatome leicht durch Metalle diffundieren oder sich ausbreiten, insbesondere bei hohen Temperaturen. Die Atome rekombinieren miteinander und bilden Wasserstoffmoleküle. Diese Moleküle finden in den mikroskopischen Ecken und Winkeln des Metalls ein Zuhause und erzeugen einen enormen Druck. Dieser Druck verringert die Zugfestigkeit des Metalls. Riss! Das Metall bricht [Quelle: McGill University].

Forscher können nicht vorhersagen, wo Wasserstoffversprödung auftreten wird. Sie wissen nur, dass das winzige Wasserstoffatom die meisten hochfesten Legierungen, einschließlich Stahl und solche auf Nickelbasis, gerne durchdringt und verschlingt. Sie können es sogar während Computersimulationen beobachten [Quelle: McGill University]. Der Schweregrad der Versprödung hängt von der Art der Legierung und der Temperatur ab [Quelle: Grau].

Wasserstoffversprödung ist zum Fluch von Flugzeugträgern, Schlachtschiffen, Flugzeugen, Raumschiffen und Kernreaktoren geworden. Gelegentlich waren die Folgen tödlich. 1985 starb ein Soldat in Großbritannien, als die Bolzen einer in Amerika hergestellten 155-mm-Haubitze mit Eigenantrieb versagten. Die Bolzen hielten den Verteiler fest, mit dem die Waffe angehoben und abgesenkt wurde. Die Bolzen schnappten und steckten den Soldaten unter den Verteiler. Die Ermittler beschuldigten die Wasserstoffversprödung. Das Gas machte die Bolzen so zerbrechlich, dass sie den schweren Stößen der Schusswaffe nicht standhalten konnten. 1984 schnappten auch die Schrauben (auch für die Waffenhalterungen) eines M1 Abrams-Panzers [Quelle: Anderson].

Wissenschaftler arbeiten fieberhaft daran, vorherzusagen, wie, wann und wo Wasserstoffversprödung stattfinden wird. Die Autoindustrie ist unter anderem besorgt darüber. Wie Sie wahrscheinlich wissen, beziehen wasserstoffbetriebene Fahrzeuge ihre Energie von einem Gerät namens a Brennstoffzelle. Durch Brennstoffzellen kann Wasserstoff mit Sauerstoff kombiniert werden, um Wärme und Strom zu erzeugen. Die einzigen Nebenprodukte sind Wärme und Wasser [Quelle: National Renewable Energy Laboratory].

Wasserstoffatome können sich während des Herstellungsprozesses in Metall bohren, z. B. wenn Arbeiter Autoteile aus Chromplatten herstellen, Teile zusammenschweißen oder wenn Metall gefräst oder gepresst wird. Eine Wasserstoffinfiltration kann auch auftreten, wenn das Auto auf der Straße gefahren wird. Die Atome sättigen Metall und sickern in Kraftstofftanks und andere Komponenten ein. Infolgedessen können Autoteile wie Kraftstofftanks, Brennstoffzellen und Kugellager ohne Vorwarnung ausfallen. Das Ergebnis? Kostspielige Reparaturrechnungen - und noch schlimmer [Quelle: Science Daily].

Mach dir noch keine Gedanken über die Idee eines Wasserstoffautos. Forscher in Deutschland haben untersucht, wie sich Wasserstoffatome durch Metall bewegen. Durch die Verfolgung des Weges der Atome hoffen sie, versprödungsresistente Materialien zu entwickeln, die in Wasserstoffautos verwendet werden können. Wissenschaftler erforschen auch Möglichkeiten, um den Versprödungsprozess zu stoppen, indem sie die Wasserstoffatome, die immer in Bewegung sind, ständig erhitzen [Quelle: Science Daily].

Durch ein besseres Verständnis der Funktionsweise von Wasserstoffatomen sind Wissenschaftler und Ingenieure zuversichtlich, dass sie an Bord Kraftstofftanks und andere Teile herstellen können, die sich im Laufe der Zeit nicht verschlechtern [Quelle: Azom.com]. Bevor Sie es wissen, werden wir alle Wasserstoffautos fahren.

Anmerkung des Autors: Zerstört Wasserstoff Metall??

Bis ich anfing, diesen Artikel zu recherchieren, hatte ich keine Ahnung, dass Wasserstoff, das am häufigsten vorkommende Element im Universum, so zerstörerisch ist. Oh sicher, ich kannte die Grundlagen, warum mein geliebter Ford Ranger 1993 anfing zu rosten - Sauerstoff kombiniert mit Eisen, um Eisenoxid zu bilden, und bevor ich es wusste, kratzte und grundierte und malte ich. Ich denke, ich hätte mich nicht wundern sollen zu wissen, dass Wasserstoff genauso leicht an Metall frisst. Wasserstoffversprödung ist eine ernste Angelegenheit, insbesondere wenn Wasserstoff eine Schlüsselkomponente bei der Lösung unseres Kraftstoffbedarfs und der Unterstützung des Planeten ist. Hoffentlich können Wissenschaftler eine kostengünstige Lösung für das Problem finden.

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Quellen

• Die amerikanische Gesellschaft der Maschinenbauingenieure (ASME). "RL10 Raketentriebwerk." (14. Januar 2013) http://files.asme.org/asmeorg/communities/history/landmarks/5636.pdf
• Anderson, Jack. "Soldat stirbt, wenn fehlerhafte Waffen brechen." Ocala Sternbanner. 16. Februar 1987. (5. Januar 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=de
• Azom.com. "Wasserstoffwirtschaft der Zukunft spornt die Wasserstoffversprödungsforschung an. 28. Mai 2008. (5. Januar 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
• Die 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 wirbt für die Vorteile von Wasserstoff." 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: ALLPOLITIK
• Grau, Hugh. R. "Versprödung der Wasserstoffumgebung." NASA. 26. Juni 1972. (5. Januar 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
• Making-Hydrogen.com. "Geschichte des Wasserstoffs." (4. Januar 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
• McGill Universität. "Studie zeigt Hinweise auf die Ursache von Wasserstoffversprödung." 19. November 2012. (7. Januar 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
• Nationales Labor für erneuerbare Energien. "Wasserstoff-Grundlagen." 18. Mai 2012. (4. Januar 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
• Science Daily. "Hinweise auf die Ursache der Wasserstoffversprödung in Metallen: Die Ergebnisse könnten das Design neuer versprödungsbeständiger Materialien leiten." 19. November 2012. (4. Januar 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
• Science Daily. "Wasserstoff bewirkt, dass Metall bricht." 21. August 2010. (3. Januar 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm