Задолго до того, как Дэвид Хассельхофф показал свои грудные мышцы на пляжах «Спасателей Малибу», он снялся в телешоу «Рыцарь дорог», хитовом боевике с участием суперкара по имени KITT. Яркая машина была такой крутой и такой мощной (какой уважающий себя подросток не хотел бы сесть за руль?), что наш кудрявый герой легко преследовал плохих парней по всему городу со скоростью 300 миль (483 километра) в секунду. час. Блин, машина даже разговаривала как заботливый дедушка.
Что дало KITT такую удивительную силу? Автомобиль был оснащен водородным двигателем, который позволял Майклу Найту (Хассельхоффу) сбивать с толку самых подлых телевизионных злодеев начала 80-х.
Спустя более десяти лет после того, как оригинальный сериал провалился и провалился в рейтингах, политики, журналисты и другие люди начали рекламировать водород как энергию будущего, альтернативу ископаемому топливу, такому как уголь. Они сказали, что водород — это волшебный эликсир, который будет питать все наши транспортные и электрические потребности. В конце концов, водорода было много, и он полностью сгорал, что теоретически должно было помочь сократить выбросы парниковых газов. Фактически, в 2003 году не кто иной, как президент США Джордж Буш, сколотивший состояние на нефтяном бизнесе, объявил, что выделяет 1,2 миллиарда долларов на попытку сделать водород предпочтительным топливом для американцев [источник:CNN].
Кто мог винить его? Водород — прекрасный источник топлива. Черт возьми, он питает солнце. Мало того, мы никогда не исчерпаем водород. Он в нашем воздухе и в нашей воде. Водород — самый распространенный элемент во Вселенной (хотя и не на Земле).
Но прежде чем инвестировать в автомобиль с водородным двигателем, подумайте вот о чем:ржавчина никогда не спит, как и водород. Этот элемент делает металл хрупким, снижает его прочность и может ослабить автомобиль, как термит сквозь дерево [источник:Science Daily]. Да, нехорошо.
Давайте вернемся в прошлое, в 1520 год. В Швейцарии алхимик по имени Филипп Ауреолус Парацельс поместил кусок железа в раствор серной кислоты. Кислота начинает пузыриться в «воздухе, который вырывается наружу, как ветер». Хотя Парацельс тогда этого не знал, этот ветер, производящий пузыри, оказался водородом. Элемент № 1 был официально назван в конце 18 века Антуаном-Лораном Лавуазье, французским аристократом, который баловался наукой и в конце концов потерял голову во время Французской революции [источники:ASME, Chemical Heritage].
Ученые и изобретатели вскоре обнаружили, что водород Лавуазье был самым легким элементом во Вселенной. Хотя это может оказаться замечательным для наполнения воздушных шаров, это не так здорово, когда дело доходит до взаимодействия между водородом и металлом. На самом деле, атомы водорода обладают сверхъестественной способностью просачиваться сквозь различные металлы, делая их хрупкими, в конечном итоге растрескиваясь, разрывая и ломая их [источник:Science Daily].
Хотя ученые изучают это явление с 1875 года, они не до конца понимают физику проблемы. Что они действительно знают, так это то, что атомы водорода легко диффундируют или распространяются через металлы, особенно при высоких температурах. Атомы рекомбинируют друг с другом, образуя молекулы водорода. Эти молекулы находят пристанище в микроскопических уголках и закоулках металла, создавая огромное давление. Это давление снижает прочность металла на растяжение. Трескаться! Металл ломается [источник:Университет Макгилла].
Исследователи не могут предсказать, где произойдет водородное охрупчивание. Все, что они знают, это то, что крошечный атом водорода любит проникать и поглощать большинство высокопрочных сплавов, включая сталь и сплавы на основе никеля. Они даже могут наблюдать, как это происходит во время компьютерного моделирования [источник:Университет Макгилла]. Степень охрупчивания зависит от типа сплава и температуры [источник:Грей].
Водородная хрупкость стала бичом авианосцев, линкоров, самолетов, космических кораблей и ядерных реакторов. Иногда последствия были смертельными. В 1985 году в Великобритании погиб солдат, когда вышли из строя болты на самоходной 155-мм гаубице американского производства. Болты удерживали коллектор, который поднимал и опускал орудие. Болты лопнули, зажав солдата под коллектором. Исследователи обвинили водородное охрупчивание. Газ сделал болты настолько хрупкими, что они не могли выдержать сильных толчков, производимых стреляющим орудием. В 1984 году болты (также артиллерийских установок) на танке M1 Abrams тоже лопнули [источник:Андерсон].
Ученые лихорадочно работают, пытаясь предсказать, как, когда и где произойдет водородное охрупчивание. Автомобильная промышленность, в том числе, обеспокоена этим. Как вы, наверное, знаете, транспортные средства, работающие на водороде, получают энергию от устройства, называемого топливным элементом. . Топливные элементы позволяют водороду соединяться с кислородом для производства тепла и электричества. Единственными побочными продуктами являются тепло и вода [источник:Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии].
Атомы водорода могут проникать в металл во время производственного процесса, например, когда рабочие хромируют детали автомобилей, сваривают детали или когда металл фрезеруется или прессуется. Инфильтрация водорода также может произойти, когда автомобиль движется по дороге. Атомы насыщают металл, просачиваясь в топливные баки и другие компоненты. В результате детали автомобиля, такие как топливные баки, топливные элементы и шариковые подшипники, могут выйти из строя без предупреждения. Результат? Дорогостоящие счета за ремонт — и даже хуже [источник:Science Daily].
Пока не выбрасывайте идею водородного автомобиля. Исследователи из Германии изучали, как атомы водорода движутся через металл. Отслеживая путь атомов, они надеются разработать устойчивые к охрупчиванию материалы, которые можно будет использовать в водородных автомобилях. Ученые также изучают способы остановить процесс охрупчивания, постоянно нагревая атомы водорода, которые всегда находятся в движении [источник:Science Daily].
Лучше поняв, как атомы водорода выполняют свои разрушительные функции, ученые и инженеры уверены, что смогут создавать бортовые топливные баки и другие детали, которые не разрушаются со временем [источник:Azom.com]. Прежде чем вы это узнаете, мы все будем водить водородные автомобили.
Пока я не начал писать эту статью, я понятия не имел, что водород, самый распространенный элемент во Вселенной, настолько разрушительен. О, конечно, я знал основную причину того, почему мой любимый Ford Ranger 1993 года начал ржаветь — кислород соединяется с железом, образуя оксид железа, и, прежде чем я это понял, я соскоблил, загрунтовал и покрасил. Думаю, мне не следовало удивляться, узнав, что водород так же легко разъедает металл. Водородное охрупчивание — серьезная проблема, особенно когда водород является ключевым компонентом в удовлетворении наших потребностей в топливе и помощи планете. Будем надеяться, что ученые смогут найти экономичное решение проблемы.
Что делает передача?
Как работает защита от ржавчины?
Что такое установка для риформинга водородного топлива?
Опасно ли водородное топливо?
Что делает мясная лавка?