Zerstört Wasserstoff Metalle?

Lange bevor David Hasselhoff an den Stränden von „Baywatch“ seine Brustmuskeln aufwirbelte, spielte er in einer TV-Show mit dem Titel „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 Leichtigkeit Bösewichte durch die ganze Stadt mit erstaunlichen 300 Meilen (483 Kilometer) pro Person jagte 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 heimtückischsten Fernsehschurken der frühen 80er Jahre zu besiegen.

Mehr als ein Jahrzehnt, nachdem die Originalserie abgestürzt und in den Quoten eingebrannt war, begannen Politiker, Journalisten und andere, Wasserstoff als Energie der Zukunft anzupreisen, eine Alternative zu fossilen Brennstoffen wie Kohle. Sie sagten, Wasserstoff sei das magische Elixier, das unseren gesamten Transport- und Strombedarf decken würde. Schließlich war Wasserstoff reichlich vorhanden und wurde sauber verbrannt, was theoretisch helfen würde, Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Tatsächlich kündigte im Jahr 2003 kein Geringerer als US-Präsident George W. Bush, der sein Vermögen im Ölgeschäft gemacht hatte, an, dass er 1,2 Milliarden US-Dollar vorsehen würde, um Wasserstoff zum bevorzugten Kraftstoff der Amerikaner zu machen [Quelle: CNN ].

Wer könnte es ihm verübeln? Wasserstoff ist eine wunderbare Brennstoffquelle. Verdammt, es treibt die Sonne an. Nicht nur das, Wasserstoff kann uns nie ausgehen. Es ist in unserer Luft und in unserem Wasser. Wasserstoff ist das reichlichste Element im Universum (wenn auch nicht auf der Erde).

Aber bevor Sie in ein wasserstoffbetriebenes Fahrzeug investieren , bedenken Sie Folgendes: 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.

Reisen wir zurück ins Jahr 1520. In der Schweiz hat ein Alchemist namens Philippus Aureolus Paracelsus ein Stück Eisen in eine Lösung aus Schwefelsäure gelegt. Die Säure beginnt zu sprudeln in "einer Luft, die hervorbricht wie der Wind". Obwohl Paracelsus es damals nicht wusste, stellte sich heraus, dass es sich bei diesem blasenbildenden Wind um Wasserstoff handelte. Das Element Nr. 1 wurde im späten 18. Jahrhundert offiziell von Antoine-Laurent Lavoisier benannt, einem französischen Aristokraten, der sich mit Wissenschaft beschäftigte und schließlich während der Französischen Revolution den Kopf verlor [Quellen: ASME , Chemical Heritage ].

Wissenschaftler und Erfinder stellten bald fest, dass Lavoisiers Wasserstoff das leichteste Element im Universum ist. Während sich das zum Befüllen von Ballons als wunderbar erweisen könnte, war es nicht so großartig, wenn es um Wechselwirkungen zwischen Wasserstoff und Metall ging. 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, um Wasserstoffmoleküle zu bilden. Diese Moleküle finden in den mikroskopisch kleinen 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 auftritt. 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 ]. Die Schwere der Versprödung variiert mit der Art der Legierung und mit der Temperatur [Quelle: Gray ].

Die Wasserstoffversprödung ist zum Fluch von Flugzeugträgern, Schlachtschiffen, Flugzeugen , Raumschiffen und Kernreaktoren geworden . Gelegentlich waren die Folgen tödlich. 1985 starb in Großbritannien ein Soldat, als die Bolzen einer in den USA hergestellten 155-mm-Haubitze mit Selbstantrieb versagten. Die Bolzen hielten den Verteiler fest, der die Waffe hob und senkte. Die Bolzen brachen und steckten den Soldaten unter dem Verteiler fest. Die Ermittler machten die Wasserstoffversprödung verantwortlich. Das Gas machte die Bolzen so zerbrechlich, dass sie den heftigen Stößen der Schusskanone nicht standhalten konnten. 1984 brachen auch die Bolzen (auch für die Waffenhalterungen) eines M1 Abrams-Panzers [Quelle: Anderson ].

Wissenschaftler arbeiten fieberhaft daran, vorherzusagen, wie, wann und wo die Wasserstoffversprödung stattfinden wird. Darüber macht sich unter anderem die Autoindustrie Sorgen. Wie Sie wahrscheinlich wissen, beziehen wasserstoffbetriebene Fahrzeuge ihre Energie aus einem Gerät namens Brennstoffzelle . Brennstoffzellen ermöglichen die Verbindung von Wasserstoff mit Sauerstoff zur Erzeugung von Wärme und Strom. Die einzigen Nebenprodukte sind Wärme und Wasser [Quelle: National Renewable Energy Laboratory ].

Wasserstoffatome können sich während des Herstellungsprozesses in Metall bohren, beispielsweise wenn Arbeiter Autoteile verchromen, 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. Infolgedessen können Autoteile wie Kraftstofftanks , Brennstoffzellen und Kugellager ohne Vorwarnung ausfallen. Das Ergebnis? Teure Reparaturrechnungen – und Schlimmeres [Quelle: Science Daily ].

Verwerfen Sie die Wasserstoffauto-Idee noch nicht. Forscher in Deutschland haben untersucht, wie sich Wasserstoffatome durch Metall bewegen. Indem sie den Weg der Atome verfolgen, hoffen sie, versprödungsbeständige Materialien zu entwickeln, die in Wasserstoffautos eingesetzt werden können. Wissenschaftler forschen auch an Möglichkeiten, den Versprödungsprozess zu stoppen, indem sie die ständig in Bewegung befindlichen Wasserstoffatome ständig erhitzen [Quelle: Science Daily ].

Wissenschaftler und Ingenieure sind zuversichtlich, dass sie in der Lage sein werden, Kraftstofftanks und andere Teile an Bord herzustellen, die sich im Laufe der Zeit nicht verschlechtern, indem sie besser verstehen, wie Wasserstoffatome ihrem zerstörerischen Geschäft nachgehen [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 von 1993 zu rosten begann – Sauerstoff kombiniert mit Eisen, um Eisenoxid zu bilden, und bevor ich es wusste, kratzte und grundierte und malte ich. Ich schätze, ich hätte nicht überrascht sein sollen zu wissen, dass Wasserstoff Metall genauso leicht zerfrisst. Die Wasserstoffversprödung ist eine ernste Angelegenheit, insbesondere wenn Wasserstoff eine Schlüsselkomponente bei der Deckung unseres Kraftstoffbedarfs und der Unterstützung des Planeten ist. Hoffentlich finden Wissenschaftler eine kostengünstige Lösung für das Problem.

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