Vernietigt waterstof metalen?

  • Rudolf Cole
  • 0
  • 4065
  • 504
In de jaren tachtig was Michael Knight een van de weinige mensen die rondreed in een auto op waterstof (en dat was op tv). Tientallen jaren later maakt deze brandstofcelbus zich klaar voor een demonstratierit alsof het niets groots is. Meer weten? Bekijk deze foto's van voertuigen op alternatieve brandstof! AP Photo / Bob Child

Lang voordat David Hasselhoff zijn borstspieren rimpelde op de stranden van "Baywatch", speelde hij in een tv-show genaamd "Knight Rider", een actiehit met een supercar genaamd KITT. De flitsende auto was zo cool en zo krachtig (welke zichzelf respecterende tienermannetje wilde niet achter het stuur zitten?) Dat onze held met krullend haar gemakkelijk slechteriken door de hele stad achtervolgde met een verbazingwekkende 300 mijl (483 kilometer) per uur. Verdomme, de auto praatte zelfs als een zorgzame grootvader.

Wat gaf KITT zijn geweldige kracht? De auto was uitgerust met een waterstof-aangedreven motor waarmee Michael Knight (Hasselhoff) de meest gemene tv-schurken van de vroege jaren 80 kon verslaan..

Meer dan een decennium nadat de originele serie crashte en in de kijker stond, begonnen politici, journalisten en anderen waterstof aan te prijzen als de energie van de toekomst, een alternatief voor fossiele brandstoffen zoals steenkool. Ze zeiden dat waterstof het magische elixer was dat al onze transport- en elektrische behoeften zou voeden. Waterstof was tenslotte overvloedig en schoon verbrand, wat theoretisch zou helpen de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. In feite kondigde niemand minder dan de Amerikaanse president George W. Bush, die zijn fortuin verdiende in de oliehandel, in 2003 aan dat hij 1,2 miljard dollar had gereserveerd in een poging om van waterstof de favoriete brandstof te maken voor Amerikanen [bron: CNN].

Wie kan het hem kwalijk nemen? Waterstof is een geweldige brandstofbron. Heck, het drijft de zon aan. Niet alleen dat, we kunnen nooit zonder waterstof komen te zitten. Het zit in onze lucht en in ons water. Waterstof is het meest voorkomende element in het universum (hoewel niet op aarde).

Maar voordat u investeert in een auto op waterstof, moet u hier eens over nadenken: roest slaapt nooit, en waterstof ook niet. Het element maakt metaal broos, vermindert de sterkte en kan een auto verzwakken als een termiet door hout [bron: Science Daily]. Ja, niet goed.

Waterstof, op de eerste plaats op het periodiek systeem. Wil je een grotere versie zien? Klik hier voor een grotere, meer gedetailleerde versie van het periodiek systeem. Het wordt geopend in een apart venster, zodat u kunt schakelen tussen het artikel en de tabel. ©

Laten we teruggaan in de tijd naar het jaar 1520. In Zwitserland heeft een alchemist genaamd Philippus Aureolus Paracelsus een stuk ijzer in een oplossing van zwavelzuur gestopt. Het zuur begint te borrelen in 'een lucht die uitbarst als de wind'. Hoewel Paracelsus het toen nog niet wist, bleek die bellenvormende wind waterstof te zijn. Het nr. 1 element werd officieel genoemd in de late 18e eeuw door Antoine-Laurent Lavoisier, een Franse aristocraat die zich bezighield met wetenschap en uiteindelijk zijn hoofd verloor tijdens de Franse Revolutie [bronnen: ASME, Chemical Heritage].

Wetenschappers en uitvinders ontdekten al snel dat de waterstof van Lavoisier het lichtste element in het universum was. Hoewel dat geweldig zou kunnen zijn voor het vullen van ballonnen, was het niet zo geweldig als het ging om interacties tussen waterstof en metaal. In feite hebben waterstofatomen het griezelige vermogen om door verschillende metalen te sijpelen, ze broos te maken en uiteindelijk te barsten, te scheuren en te breken [bron: Science Daily].

Hoewel wetenschappers de verschijnselen sinds 1875 bestuderen, begrijpen ze de fysica van het probleem niet volledig. Wat ze wel weten, is dat waterstofatomen gemakkelijk door metalen diffunderen of verspreiden, vooral bij hoge temperaturen. De atomen recombineren met elkaar om waterstofmoleculen te vormen. Deze moleculen vinden een thuis in de microscopisch kleine hoekjes en gaatjes van het metaal, waardoor er een enorme hoeveelheid druk ontstaat. Die druk vermindert de treksterkte van het metaal. Barst! Het metaal breekt [bron: McGill University].

Onderzoekers kunnen niet voorspellen waar waterstofverbrossing zal optreden. Het enige wat ze weten is dat het kleine waterstofatoom het heerlijk vindt om de meeste zeer sterke legeringen te doordringen en op te slokken, inclusief staal en legeringen op nikkelbasis. Ze kunnen het zelfs zien gebeuren tijdens computersimulaties [bron: McGill University]. De ernst van verbrossing varieert met het type legering en met de temperatuur [bron: Gray].

Waterstofverbrossing is de vloek geworden van zaken als vliegdekschepen, slagschepen, vliegtuigen, ruimteschepen en kernreactoren. Af en toe waren de gevolgen dodelijk. In 1985 stierf een soldaat in Groot-Brittannië toen de bouten van een in Amerika gemaakte 155 mm houwitser gemotoriseerd kanon het begaf. De bouten hielden het spruitstuk vast dat het pistool omhoog en omlaag bracht. De grendels braken, waardoor de soldaat onder het spruitstuk werd gedrukt. Onderzoekers gaven de schuld aan waterstofverbrossing. Het gas maakte de bouten zo kwetsbaar dat ze de zware schokken van het afvuurkanon niet konden weerstaan. In 1984 braken ook de bouten (ook voor de kanonsteunen) op een M1 Abrams-tank [bron: Anderson].

Wetenschappers proberen koortsachtig te voorspellen hoe, wanneer en waar waterstofverbrossing zal plaatsvinden. Onder meer de auto-industrie maakt zich daar zorgen over. Zoals u waarschijnlijk weet, halen waterstofaangedreven voertuigen hun energie uit een apparaat genaamd a brandstofcel. Met brandstofcellen kan waterstof worden gecombineerd met zuurstof om warmte en elektriciteit te produceren. De enige bijproducten zijn warmte en water [bron: National Renewable Energy Laboratory].

Waterstofatomen kunnen zich tijdens het fabricageproces in metaal vervuilen, bijvoorbeeld wanneer arbeiders auto-onderdelen verchromen, onderdelen aan elkaar lassen of wanneer metaal wordt gefreesd of geperst. Waterstofinfiltratie kan ook optreden wanneer de auto over de weg rijdt. De atomen verzadigen metaal en sijpelen in brandstoftanks en andere componenten. Hierdoor kunnen auto-onderdelen zoals brandstoftanks, brandstofcellen en kogellagers zonder waarschuwing defect raken. Het resultaat? Kostbare reparatierekeningen - en erger [bron: Science Daily].

Sla het idee van een waterstofauto nog niet over de kop. Onderzoekers in Duitsland hebben onderzocht hoe waterstofatomen door metaal bewegen. Door de route van de atomen te volgen, hopen ze verbrossingsbestendige materialen te ontwikkelen die kunnen worden gebruikt in waterstofauto's. Wetenschappers onderzoeken ook manieren om het verbrossingsproces te stoppen door de waterstofatomen die altijd in beweging zijn constant te verhitten [bron: Science Daily].

Door beter te begrijpen hoe waterstofatomen hun destructieve werk doen, zijn wetenschappers en ingenieurs ervan overtuigd dat ze in staat zullen zijn om brandstoftanks en andere onderdelen aan boord te maken die na verloop van tijd niet degraderen [bron: Azom.com]. Voor je het weet rijden we allemaal op waterstofauto's.

Opmerking van de auteur: Vernietigt waterstof metaal??

Totdat ik dit artikel begon te onderzoeken, had ik geen idee dat waterstof, het meest voorkomende element in het universum, zo destructief was. Zeker, ik kende de basis van waarom mijn geliefde Ford Ranger uit 1993 begon te roesten - zuurstof gecombineerd met ijzer om ijzeroxide te vormen, en voordat ik het wist, was ik aan het schrapen en primen en schilderen. Ik denk dat ik niet verbaasd had moeten zijn te weten dat waterstof net zo gemakkelijk metaal wegvreet. Waterstofverbrossing is een ernstige zaak, vooral wanneer waterstof een sleutelcomponent is bij het oplossen van onze brandstofbehoeften en het helpen van de planeet. Hopelijk kunnen wetenschappers een kosteneffectieve oplossing voor het probleem bedenken.

gerelateerde artikelen

  • Kan waterstof de brandstof van de toekomst zijn??
  • Wat zijn de voordelen van voertuigen op waterstof??
  • Quiz Corner: Fuel Cell Quiz
  • Hoe brandstofcellen werken
  • Hoe de waterstofeconomie werkt
  • Hoe waterstofauto's werken

Bronnen

  • De American Society of Mechanical Engineers (ASME). "RL10 Rocket Engine." (14 januari 2013) http://files.asme.org/asmeorg/communities/history/landmarks/5636.pdf
  • Anderson, Jack. "Soldaat sterft wanneer defecte wapens breken." Ocala Star-banner. 16 februari 1987. (5 januari 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=nl
  • Azom.com. "Hydrogen Economy of the Future Spurs Hydrogen Embrittlement Research. 28 mei 2008. (5 januari 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
  • De Chemical Heritage Foundation. 'Antoine-Laurent Lavoisier.' (4 januari 2013) http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
  • CNN.com. "Bush prijst de voordelen van waterstof als brandstof." 6 februari 2003. (3 januari 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. "Waterstofomgeving verbrokkeling." NASA. 26 juni 1972. (5 januari 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
  • Making-Hydrogen.com. "Geschiedenis van waterstof." (4 januari 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
  • McGill University. "Onderzoek onthult aanwijzingen voor de oorzaak van waterstofverbrossing." 19 november 2012. (7 januari 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
  • Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie. "Hydrogen Basics." 18 mei 2012. (4 januari 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
  • Science Daily. "Aanwijzingen voor de oorzaak van waterstofverbranding in metalen: bevindingen kunnen richtinggevend zijn voor het ontwerp van nieuwe verbrossingbestendige materialen." 19 november 2012. (4 januari 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
  • Science Daily. "Waterstof zorgt ervoor dat metaal breekt." 21 augustus 2010. (3 januari 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt