Förstör väte metaller?

Tillbaka på 1980-talet var Michael Knight en av de enda människorna som korsade runt i en vätendriven bil (och det var på TV). Tio år senare gör den här bränslecellbussen redo att åka ut för en demonstration som det inte är någon stor sak. Vill du lära dig mer? Kolla in dessa alternativa bränslefordonsbilder! AP Photo / Bob Child

Långt innan David Hasselhoff krusade sina pecs på stränderna i "Baywatch", spelade han i en TV-program som heter "Knight Rider", en action-hit med en superbil med namnet KITT. Den prickande bilen var så cool och så kraftfull (vilken själv respekterande tonårig man ville inte sitta bakom rattet?) Att vår lockiga hårhjälte enkelt jagade skurkar över hela staden med en häpnadsväckande 300 mil (483 kilometer) per timme. Dang, bilen pratade till och med som en omtänksam farfar.

Vad gav KITT sin fantastiska kraft? Bilen var utrustad med en vätendriven motor som gjorde det möjligt för Michael Knight (Hasselhoff) att bedevil de mest otäcka TV-skurkarna i början av 80-talet.

Mer än ett decennium efter att den ursprungliga serien kraschade och brände i värderingarna började politiker, journalister och andra att spruta väte som framtidens energi, ett alternativ till fossila bränslen som kol. De sa att väte var den magiska elixiren som skulle driva alla våra transporter och elektriska behov. När allt var väte rikligt och brändes rent, vilket teoretiskt skulle hjälpa till att minska utsläppen av växthusgaser. Faktum är att 2003, ingen annan än USA: s president George W. Bush, som gjorde sin förmögenhet i oljebranschen, tillkännagav att han öronmärkade 1,2 miljarder dollar i ett försök att göra väte till det bränsle som valts för amerikaner [källa: CNN].

Vem kan skylla honom? Väte är en underbar källa till bränsle. Heck, det driver solen. Inte bara det, vi kan aldrig ta slut på väte. Det är i vår luft och i vårt vatten. Väte är det mest rikliga elementet i universum (även om det inte är på jorden).

Men innan du investerar i ett vätendrivet fordon, tänk på detta: Rost sover aldrig, och inte heller väte. Elementet gör metall sprött, minskar dess styrka och kan försvaga en bil som en termit genom trä [källa: Science Daily]. Jej, inte bra.

Väte, i sin främsta position på det periodiska bordet. Vill du se en större version? Klicka här för att se en större, mer detaljerad version av det periodiska systemet. Det öppnas i ett separat fönster så att du kan växla mellan artikeln och bordet. ©

Låt oss resa tillbaka i tiden till år 1520. I Schweiz har en alkymist vid namn Philippus Aureolus Paracelsus lagt en bit järn i en lösning av svavelsyra. Syran börjar bubbla i "en luft som spricker ut som vinden." Även om Paracelsus inte visste det då, så visade den bubbelframkallande vinden vara väte. Element nr 1 namngavs officiellt i slutet av 1700-talet av Antoine-Laurent Lavoisier, en fransk aristokrat som dablade i vetenskapen och så småningom tappade huvudet under den franska revolutionen [källor: ASME, Chemical Heritage].

Forskare och uppfinnare fann snart att Lavoisiers väte var det lättaste elementet i universum. Även om det kan vara underbart för att fylla upp ballonger, var det inte så fantastiskt när det kom till interaktioner mellan väte och metall. I själva verket har väteatomer den obehagliga förmågan att sippra igenom olika metaller, förvandla dem spröda, så småningom spricka, spricka och bryta dem [källa: Science Daily].

Även om forskare har studerat fenomenen sedan 1875 förstår de inte helt problemets fysik. Vad de vet är att väteatomer lätt diffunderar eller sprids genom metaller, särskilt vid höga temperaturer. Atomerna rekombineras med varandra för att bilda vätemolekyler. Dessa molekyler hittar ett hem i mikroskopiska krokar och krokar i metallen, vilket skapar en enorm mängd tryck. Detta tryck minskar metallens draghållfasthet. Spricka! Metallen går sönder [källa: McGill University].

Forskare kan inte förutsäga var vätestörning kommer att inträffa. Allt de vet är att den lilla väteatomen älskar att tränga igenom och gabba upp de flesta höghållfasta legeringar, inklusive stål och de som är nickelbaserade. De kan till och med se det hända under datorsimuleringar [källa: McGill University]. Svårighetsgraden av försprödning varierar med typen av legering och med temperaturen [källa: Grå].

Väteförbränning har blivit bana för sådana saker som flygplan, stridsfartyg, flygplan, rymdskepp och kärnreaktorer. Ibland har konsekvenserna varit dödliga. 1985 dog en soldat i Storbritannien när bultarna på en amerikanskgjord 155 mm howitzer självgående pistol misslyckades. Bultarna höll ner grenröret som höjde och sänkte pistolen. Bultarna knäppte och fäst soldaten under grenröret. Utredarna skyllde vätgörelse. Gasen gjorde bultarna så ömtåliga att de inte tål de tunga ryckorna som framställts av skjutpistolen. 1984 knäpptes även bultarna (även för pistolfästen) på en M1 Abrams-tank [källa: Anderson].

Forskare arbetar hårt och försöker förutsäga hur, när och var vätebritning kommer att äga rum. Bilbranschen, bland andra, är orolig för det. Som du antagligen vet, får vätgasdrivna fordon sin energi från en enhet som heter a bränslecell. Bränsleceller låter väte kombinera med syre för att producera värme och elektricitet. De enda biprodukterna är värme och vatten [källa: National Renewable Energy Laboratory].

Väteatomer kan borras in i metall under tillverkningsprocessen, till exempel när arbetare kromplattor bildelar, svetsar delar, eller när metall fräsas eller pressas. Väteinfiltrering kan också inträffa när bilen körs på vägen. Atomerna mättar metall och sipprar in i bränsletankar och andra komponenter. Som ett resultat kan bildelar som bränsletankar, bränsleceller och kullager misslyckas utan varning. Resultatet? Kostsamma reparationsräkningar - och värre [källa: Science Daily].

Skräp inte vätebilidén ännu. Forskare i Tyskland har studerat hur väteatomer rör sig genom metall. Genom att spåra vägen till atomerna hoppas de kunna utveckla brottbeständiga material som kan användas i vätebilar. Forskare undersöker också sätt att stoppa försprödningsprocessen genom att ständigt värma väteatomerna som alltid är på väg [källa: Science Daily].

Genom att bättre förstå hur väteatomer verkar i deras destruktiva affärer är forskare och ingenjörer övertygade om att de kommer att kunna göra ombord bränsletankar och andra delar som inte försämras över tid [källa: Azom.com]. Innan du vet ordet av det, kör vi vätebilar.

Författarens anmärkning: Förstör väte metall?

Tills jag började undersöka denna artikel hade jag ingen aning om att väte, det mest rikliga elementet i universum, var så destruktivt. Åh visst, jag visste grunderna för varför min älskade Ford Ranger 1993 började rost - syre i kombination med järn för att bilda järnoxid, och innan jag visste ordet av det skrapade jag och grundade och målade. Jag skulle antagligen inte ha varit förvånad över att veta att väte äter bort vid metall lika lätt. Väteförsprödning är en allvarlig fråga, särskilt när väte är en nyckelkomponent för att lösa våra bränslebehov och hjälpa planeten. Förhoppningsvis kommer forskare att kunna ta reda på en kostnadseffektiv lösning på problemet.

relaterade artiklar

• Kan väte vara framtidens bränsle?
• Vilka är fördelarna med vätendrivna fordon?
• Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
• Hur bränsleceller fungerar
• Hur väteekonomin fungerar
• Hur vätebilar fungerar

källor

• American Society of Mechanical Engineers (ASME). "RL10 raketmotor." (14 jan. 2013) http://files.asme.org/asmeorg/community/history/landmarks/5636.pdf
• Anderson, Jack. "Soldat dör när felaktiga vapen går sönder." Ocala Star-Banner. 16 februari 1987. (5 jan. 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=sv
• Azom.com. "Framtidens vätgasekonomi sporrar vätgasembrytningsforskning. 28 maj 2008. (5 januari 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
• Stiftelsen Chemical Heritage. "Antoine-Laurent Lavoisier." (4 jan 2013) http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
• CNN.com. "Bush skänker fördelarna med vätebränsle." 6 februari 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
• Grå, Hugh. R. "Hydrogenmiljöbrottning." NASA. 26 juni 1972. (5 jan. 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
• Making-Hydrogen.com. "Historia av väte." (4 jan 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
• McGill University. "Studien avslöjar ledtrådar om orsaken till väteförsprödning." 19 november 2012. (7 jan. 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
• Nationellt laboratorium för förnybar energi. "Hydrogen Basics." 18 maj 2012. (4 jan. 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
• Science Daily. "Ledtrådar till orsak till vätgasförbränning i metaller: Fynd kan vägleda utformningen av nya smältbeständiga material." 19 november 2012. (4 jan. 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
• Science Daily. "Väte orsakar att metall går sönder." 21 augusti 2010. (3 jan 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm