Ničí vodík kovy?

V 80. letech byl Michael Knight jedním z jediných lidí, kteří se plavili po autě s vodíkovým pohonem (a to bylo v televizi). O deset let později se tento autobus na palivové články připravuje na demonstrační jízdu, protože to není velká věc. Chcete se dozvědět více? Podívejte se na tyto obrázky alternativních paliv! Foto AP / Bob Child

Dlouho předtím, než David Hasselhoff roztrhl svá břicha na plážích „Baywatch“, hrál v televizním pořadu nazvaném „Knight Rider“, což byl akční hit představený superauta jménem KITT. Ten honosný vůz byl tak chladný a tak silný (Jaký sebevědomý dospívající muž nechtěl sedět za volantem?), Že náš kudrnatý hrdina snadno pronásledoval padouchy po celém městě rychlostí 483 kilometrů za hodina. Dang, auto dokonce mluvilo jako starostlivý dědeček.

Co dalo KITTu jeho úžasnou sílu? Vůz byl vybaven vodíkovým motorem, který umožnil Michaelovi Knightovi (Hasselhoff) spát nejodkaznějším televizním darebákům z počátku 80. let.

Více než deset let poté, co původní série havarovala a shořela v hodnoceních, začali politici, novináři a další nabízet vodík jako energii budoucnosti, alternativu k fosilním palivům, jako je uhlí. Říkali, že vodík je magický elixír, který by poháněl všechny naše dopravní a elektrické potřeby. Koneckonců byl vodík hojný a vypaloval čistý, což by teoreticky pomohlo snížit emise skleníkových plynů. Ve skutečnosti v roce 2003 nikdo jiný než prezident USA George W. Bush, který si vydělal štěstí v ropném průmyslu, neoznámil, že vyčleňuje 1,2 miliardy dolarů ve snaze učinit z vodíku palivo pro Američany [zdroj: CNN].

Kdo by ho mohl obviňovat? Vodík je skvělý zdroj paliva. Sakra, to pohání slunce. Nejen to, že nikdy nemůžeme docházet vodík. Je to ve vzduchu a ve vodě. Vodík je nejhojnějším prvkem ve vesmíru (i když ne na Zemi).

Ale než investujete do vozidla na vodíkový pohon, přemýšlejte o tom: Rust nikdy nespí a ani vodík. Tento prvek způsobuje, že kov je křehký, snižuje jeho pevnost a může oslabit auto jako termit prostřednictvím dřeva [zdroj: Science Daily]. Jo, to není dobré.

Vodík ve své první pozici v periodické tabulce. Chcete vidět větší verzi? Kliknutím sem zobrazíte větší a podrobnější verzi periodické tabulky. Otevře se v samostatném okně, takže můžete přepínat mezi článkem a tabulkou. ©

Vraťme se v čase do roku 1520. Ve Švýcarsku alchymista jménem Philippus Aureolus Paracelsus dal kus železa do roztoku kyseliny sírové. Kyselina začne bublinkovat ve „vzduchu, který vypukne jako vítr.“ Ačkoli to Paracelsus tehdy nevěděl, tento bublinotvorný vítr se ukázal jako vodík. Prvek č. 1 byl oficiálně pojmenován na konci 18. století francouzským aristokratem Antoine-Laurentem Lavoisierem, který se zabýval vědou a nakonec přišel o hlavu během francouzské revoluce [zdroje: ASME, Chemical Heritage].

Vědci a vynálezci brzy zjistili, že Lavoisierův vodík byl nejlehčí prvek ve vesmíru. I když by to mohlo být skvělé pro zaplnění balónků, nebylo to tak úžasné, když došlo k interakcím mezi vodíkem a kovem. Ve skutečnosti, atomy vodíku mají záhadnou schopnost prosakovat různými kovy, měnit je křehké, nakonec praskat, praskat a lámat je [zdroj: Science Daily].

Ačkoli vědci studují jevy od roku 1875, plně nerozumí fyzice problému. Vědí, že atomy vodíku snadno difundují nebo se šíří kovy, zejména při vysokých teplotách. Atomy se navzájem kombinují za vzniku molekul vodíku. Tyto molekuly nacházejí domov v mikroskopických koutech kovu a vytvářejí obrovské množství tlaku. Tento tlak snižuje pevnost kovu v tahu. Crack! Kov se zlomí [zdroj: McGill University].

Vědci nemohou předpovídat, kde dojde ke zkřehnutí vodíku. Vše, co vědí, je to, že malý atom vodíku rád proniká a pohlcuje většinu slitin s vysokou pevností, včetně oceli a slitin na bázi niklu. Mohou dokonce sledovat, jak k tomu dochází během počítačových simulací [zdroj: McGill University]. Závažnost zkřehnutí se liší podle typu slitiny a teploty [zdroj: Šedá].

Křehké vodíkové křehnutí se stalo blankou takových věcí, jako jsou letadlové lodě, bitevní lodě, letadla, kosmické lodě a jaderné reaktory. Následky byly občas smrtící. V roce 1985 zemřel voják ve Velké Británii, když se nezdařily šrouby na houfnici s americkým houfnicím o průměru 155 mm. Šrouby držely rozdělovač, který zvedl a spustil zbraň. Šrouby zaskočily a tlačily vojáka pod rozdělovač. Vyšetřovatelé obviňovali vodíkové zkřehnutí. Plyn způsobil, že šrouby byly tak křehké, že nedokázali odolat těžkým nárazům, které vypálila střelná zbraň. V roce 1984 zaskočily také šrouby (také pro držáky pistolí) na tanku M1 Abrams [zdroj: Anderson].

Vědci se horečně snaží předpovídat, jak, kdy a kde dojde k vodíkovému zkřehnutí. Automobilový průmysl je mimo jiné znepokojen. Jak asi víte, vozidla na vodíkový pohon získávají energii ze zařízení zvaného a palivový článek. Palivové články umožňují vodíku kombinovat se s kyslíkem a vytvářet teplo a elektřinu. Jedinými vedlejšími produkty jsou teplo a voda [zdroj: National Renewable Energy Laboratory].

Atomy vodíku se mohou ve výrobním procesu vrtat do kovu, například když dělníci pracují na chromových deskách automobilů, svařují díly dohromady nebo když se kov frézuje nebo lisuje. K infiltraci vodíku může dojít také při jízdě autem po silnici. Atomy nasycují kov, prosakují do palivových nádrží a dalších komponent. Výsledkem je, že autodíly, jako jsou palivové nádrže, palivové články a kuličková ložiska, mohou bez varování selhat. Výsledek? Nákladné opravy účtů - a ještě horší [zdroj: Science Daily].

Ještě nezkoušejte nápad na vodíkové auto. Vědci v Německu studovali, jak se atomy vodíku pohybují kovem. Sledováním trasy atomů doufají, že vyvinou křehké materiály, které mohou být použity ve vodíkových autech. Vědci také zkoumají způsoby, jak zastavit křehký proces neustálým zahříváním atomů vodíku, které jsou vždy v pohybu [zdroj: Science Daily].

Vědci a inženýři si díky lepšímu pochopení toho, jak atomy vodíku vedou k ničivému podnikání, věří, že budou schopni vyrobit na palubě palivové nádrže a další části, které se v průběhu času nerozkládají [zdroj: Azom.com]. Než to budete vědět, budeme řídit vozidla na vodík.

Poznámka autora: Vodík ničí kov?

Dokud jsem nezačal tento článek zkoumat, netušil jsem, že vodík, nejhojnější prvek ve vesmíru, je tak destruktivní. Jistě, věděl jsem základy, proč můj milovaný Ford Ranger v roce 1993 začal rezavět - kyslík kombinovaný se železem za vzniku oxidu železa, a než jsem to věděl, škrábal jsem, škrábal a natíral a maloval. Myslím, že jsem neměl být překvapen, když jsem věděl, že vodík jede na kov stejně snadno. Vodíkové křehnutí je vážná věc, zejména když je vodík klíčovou součástí při řešení našich potřeb paliva a při pomoci planetě. Doufejme, že vědci budou schopni přijít na nákladově efektivní řešení problému.

Související články

• Může být palivem palivo budoucnosti?
• Jaké jsou výhody vozidel na vodíkový pohon?
• Kvízový koutek: Kvíz s palivovými články
• Jak fungují palivové články
• Jak funguje ekonomika vodíku
• Jak fungují vodíková auta

Prameny

• Americká společnost strojních inženýrů (ASME). "RL10 Rocket Engine." (14. ledna 2013) http://files.asme.org/asmeorg/communities/history/landmarks/5636.pdf
• Anderson, Jacku. "Voják zemře, když se zlomí vadné zbraně." Ocala Star-Banner. 16. února 1987. (5. ledna 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=cs
• Azom.com. „Ekonomika vodíku budoucnosti urychlí výzkum křehkosti vodíku. 28. května 2008 (5. ledna 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
• Nadace chemického dědictví. "Antoine-Laurent Lavoisier." (4. ledna 2013) http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
• CNN.com. "Bush touts výhody vodíkových paliv." 6. února 2003. (3. ledna 2013) http://articles.cnn.com/2003-02-06/politics/bush-energy_1_hydrogen-power-fuel-cells-dependence-on-foreign-oil?_s = PM: ALLPOLITICS
• Gray, Hugh. R. "Kyslíkové prostředí zkřehnutí." NASA. 26. června 1972. (5. ledna 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
• Making-Hydrogen.com. "Historie vodíku." (4. ledna 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
• McGill University. "Studie odhaluje stopy, které způsobují zkřehnutí vodíku." 19. listopadu 2012. (7. ledna 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
• Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie. "Základy vodíku." 18. května 2012. (4. ledna 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
• Science Daily. „Stopy způsobující křehnutí vodíku v kovech: Nálezy by mohly vést k návrhu nových materiálů odolných vůči křehkosti.“ 19. listopadu 2012. (4. ledna 2013) http://www.sciusalaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
• Science Daily. "Vodík způsobuje rozbití kovu." 21. srpna 2010 (3. ledna 2013) http://www.sciusalaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm