水素は金属を破壊しますか?

2013-01-14
1980年代に、マイケルナイトは、水素を動力源とする車でクルージングしている唯一の人々の1人でした(そしてそれはテレビに出ていました)。数十年後、この燃料電池バスは、大したことではないように、デモに乗る準備が整いました。詳細を知りたいですか?これらの代替燃料車の写真をチェックしてください!

デビッドハッセルホフが「ベイウォッチ」のビーチで彼の胸筋を波打つずっと前に、彼は「ナイトライダー」と呼ばれるテレビ番組に出演しました。これはKITTという名前のスーパーカーをフィーチャーしたアクションヒットです。派手な自動車はとてもクールでパワフルだったので(自尊心のある10代の男性は、ハンドルの後ろに座りたくありませんでしたか?)、私たちの縮れ毛のヒーローは、時速300マイル(483 km)で町中の悪者を簡単に追いかけました。時間。ダン、車は思いやりのある祖父のようにさえ話しました。

KITTにその素晴らしい力を与えたのは何ですか?車には水素を動力源とするエンジンが搭載されていたため、マイケルナイト(ハッセルホフ)は80年代初頭の最も卑劣なテレビの悪役を悩ませることができました。

元のシリーズが墜落して格付けで燃やされてから10年以上後、政治家、ジャーナリストなどは、石炭などの化石燃料に代わるエネルギーとして水素を宣伝し始めました。彼らは、水素は私たちのすべての輸送と電気の必要性に燃料を供給する魔法の秘薬であると言いました。結局のところ、水素は豊富できれいに燃やされており、理論的には温室効果ガスの排出量を削減するのに役立ちます。実際、2003年に、石油事業で財を成した米国大統領ジョージW.ブッシュは、水素をアメリカ人に選ばれる燃料にするために12億ドルを割り当てていると発表しました[出典:CNN ]。

誰が彼を責めることができますか?水素は素晴らしい燃料源です。一体、それは太陽に電力を供給します。それだけでなく、水素が不足することはありません。それは私たちの空気と水にあります。水素は宇宙で最も豊富な元素です(地球上ではありませんが)。

しかし、水素を動力源とする車両に投資する前に、これについて考えてください。錆は決して眠らず、水素も眠りません。この元素は金属をもろくし、その強度を低下させ、木を通してシロアリのように車を弱める可能性があります[出典:サイエンスデイリー]。うん、良くない。

水素101

水素、周期表の最高の位置にあります。より大きなバージョンを見たいですか?周期表のより大きく、より詳細なバージョンを見るには、ここをクリックしてください。別のウィンドウで開くので、記事とテーブルを切り替えることができます。

1520年にさかのぼってみましょう。スイスでは、Philippus AureolusParacelsusという名前の錬金術師が硫酸の溶液に鉄片を入れました。酸は「風のように噴出する空気」の中で泡立ち始めます。パラケルススはその時それを知りませんでしたが、その泡を作る風は水素であることが判明しました。第1元素は、18世紀後半に、科学に手を出し、最終的にフランス革命中に頭を失ったフランスの貴族であるアントワーヌラヴォワジエによって正式に命名されました[出典:ASME化学遺産]。

科学者や発明家はすぐに、ラヴォワジエの水素が宇宙で最も軽い元素であることを発見しました。それは風船をいっぱいにするのに素晴らしいことを証明するかもしれませんが、水素と金属の間の相互作用に関してはそれほど素晴らしいことではありませんでした。実際、水素原子はさまざまな金属を浸透し、それらをもろくし、最終的にはそれらを割ったり、破裂させたり、壊したりするという不思議な能力を持っています[出典:サイエンスデイリー]。

科学者たちは1875年以来この現象を研究してきましたが、問題の物理学を完全には理解していません。彼らが知っていることは、水素原子は、特に高温で、金属を通して容易に拡散または拡散するということです。原子は互いに再結合して水素分子を形成します。これらの分子は、金属の微細な隅や隙間に家を見つけ、膨大な量の圧力を生み出します。その圧力は金属の引張強さを低下させます。亀裂!金属が壊れます[出典:マギル大学]。

研究者は、水素脆化がどこで発生するかを予測することはできません。彼らが知っているのは、小さな水素原子が、鋼やニッケルベースの合金を含むほとんどの高張力合金に浸透して飲み込むのが大好きだということだけです。彼らはそれがコンピュータシミュレーションの間に起こるのを見ることさえできます[出典:マギル大学]。脆化の程度は、合金の種類や温度によって異なります[出典:灰色]。

水素脆化は、空母、戦艦、飛行機、宇宙船、原子炉などの悩みの種になっています。時折、その結果は致命的でした。1985年、アメリカ製の155 mm榴弾砲自走砲のボルトが故障したため、イギリスで兵士が亡くなりました。ボルトは、銃を上げ下げするマニホールドを押さえていました。ボルトが折れ、兵士がマニホールドの下に固定されました。研究者たちは水素脆化を非難した。ガスがボルトを非常に壊れやすくしたので、発射銃によって生成された激しい衝撃に耐えることができませんでした。1984年には、M1エイブラムス戦車のボルト(銃架用)も折れました[出典:アンダーソン]。

水素脆化:分解はそれほど難しいことではありません

科学者たちは、水素脆化がどのように、いつ、どこで起こるかを予測しようと熱心に取り組んでいます。とりわけ自動車業界はそれを懸念しています。ご存知かもしれませんが、水素を動力源とする自動車は、燃料電池と呼ばれる装置からエネルギーを取得します。燃料電池は、水素が酸素と結合して熱と電気を生成することを可能にします。副産物は熱と水だけです[出典:国立再生可能エネルギー研究所]。

水素原子は、労働者が自動車部品をクロムメッキしたり、部品を溶接したり、金属をフライス加工またはプレスしたりするときなど、製造プロセス中に金属に穴を開けることがあります。水素の浸透は、車が道路を走行しているときにも発生する可能性があります。原子は金属を飽和させ、燃料タンクやその他のコンポーネントに浸透します。その結果、燃料タンク、燃料電池、ボールベアリングなどの自動車部品が警告なしに故障する可能性があります。結果?費用のかかる修理費-さらに悪いことに[出典:サイエンスデイリー]。

まだ水素自動車のアイデアをジャンクしないでください。ドイツの研究者たちは、水素原子が金属中をどのように移動するかを研究しています。原子の経路をたどることで、水素自動車に使用できる脆化防止材料の開発を目指しています。科学者たちはまた、常に移動している水素原子を絶えず加熱することによって、脆化プロセスを停止する方法を研究しています[出典:サイエンスデイリー]。

科学者やエンジニアは、水素原子が破壊的なビジネスをどのように行っているかをよりよく理解することで、時間の経過とともに劣化しない車載燃料タンクやその他の部品を製造できると確信しています[出典:Azom.com ]。あなたがそれを知る前に、私たちは皆水素自動車を運転しているでしょう。

多くの詳細情報

著者のメモ:水素は金属を破壊しますか?

この記事を研究し始めるまで、宇宙で最も豊富な元素である水素がそれほど破壊的であるとは思いもしませんでした。確かに、私は私の最愛の1993年のフォードレンジャーが錆び始めた理由の基本を知っていました—酸素が鉄と結合して酸化鉄を形成しました、そしてそれを知る前に、私はこすり、下塗りと塗装をしていました。水素が金属を簡単に食い尽くすのを知って驚くべきではなかったと思います。水素脆化は深刻な問題であり、特に水素が私たちの燃料需要を解決し、地球を助ける上で重要な要素である場合はそうです。うまくいけば、科学者は問題に対する費用効果の高い解決策を見つけることができるでしょう。

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ソース

  • アメリカ機械学会(ASME)。「RL10ロケットエンジン」。(2013年1月14日)http://files.asme.org/asmeorg/communities/history/landmarks/5636.pdf
  • アンダーソン、ジャック。「欠陥のある武器が壊れると兵士は死ぬ。」オカラスターバナー。1987年2月16日。(2013年1月5日)http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=en
  • Azom.com。「未来の水素経済は水素脆化研究に拍車をかける。2008年5月28日。(2013年1月5日)http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
  • ケミカルヘリテージ財団。「アントワーヌ・ラヴォワジエ」(2013年1月4日)http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
  • CNN.com。「ブッシュは水素燃料の利点を売り込んでいる。」2003年2月6日。(2013年1月3日)http://articles.cnn.com/2003-02-06/politics/bush-energy_1_hydrogen-power-fuel-cells-dependence-on-foreign-oil?_s = PM:ALLPOLITICS
  • グレイ、ヒュー。R.「水素環境の脆化」。NASA。1972年6月26日。(2013年1月5日)http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
  • メイキング-Hydrogen.com。「水素の歴史」。(2013年1月4日)。http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
  • マギル大学。「研究により、水素脆化の原因の手がかりが明らかになりました。」2012年11月19日。(2013年1月7日)http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051。
  • 国立再生可能エネルギー研究所。「水素の基本」。2012年5月18日。(2013年1月4日)http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
  • サイエンスデイリー。「金属の水素脆化の原因の手がかり:調査結果は、新しい脆化耐性材料の設計を導く可能性があります。」2012年11月19日。(2013年1月4日)http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
  • サイエンスデイリー。「水素は金属を破壊します。」2010年8月21日。(2013年1月3日)http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm

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