L'idrogeno distrugge i metalli?

Negli anni '80, Michael Knight era una delle poche persone che giravano in giro su un'auto a idrogeno (e questo era in TV). Decenni dopo, questo autobus a celle a combustibile si prepara a partire per un giro dimostrativo come se non fosse una grande cosa. Vuoi saperne di più? Dai un'occhiata a queste immagini di veicoli a carburante alternativo! AP Photo / Bob Child

Molto prima che David Hasselhoff agitasse i pettorali sulle spiagge di "Baywatch", ha recitato in uno show televisivo chiamato "Knight Rider", un successo d'azione con una supercar chiamata KITT. L'auto appariscente era così bella e così potente (quale maschio adolescente che si rispetti non voleva sedersi al volante?) Che il nostro eroe dai capelli ricci inseguiva facilmente i cattivi in ​​tutta la città alla sorprendente 300 miglia (483 chilometri) per ora. Dang, l'auto parlava anche come un nonno premuroso.

Cosa ha dato a KITT il suo fantastico potere? L'auto era equipaggiata con un motore a idrogeno che ha permesso a Michael Knight (Hasselhoff) di tormentare i cattivi televisivi più ignobili dei primi anni '80.

Più di un decennio dopo che la serie originale si è schiantata e bruciata nelle classifiche, politici, giornalisti e altri hanno iniziato a promuovere l'idrogeno come l'energia del futuro, un'alternativa ai combustibili fossili come il carbone. Dissero che l'idrogeno era l'elisir magico che avrebbe alimentato tutti i nostri bisogni di trasporto ed elettricità. Dopotutto, l'idrogeno era abbondante e bruciato pulito, il che teoricamente avrebbe aiutato a ridurre le emissioni di gas serra. Infatti, nel 2003, nientemeno che il presidente degli Stati Uniti George W. Bush, che ha fatto fortuna nel business del petrolio, ha annunciato che stava stanziando $ 1,2 miliardi nel tentativo di rendere l'idrogeno il carburante preferito dagli americani [fonte: CNN].

Chi potrebbe biasimarlo? L'idrogeno è una meravigliosa fonte di carburante. Diamine, alimenta il sole. Non solo, non potremo mai rimanere senza idrogeno. È nella nostra aria e nella nostra acqua. L'idrogeno è l'elemento più abbondante nell'universo (anche se non sulla Terra).

Ma prima di investire in un veicolo alimentato a idrogeno, pensa a questo: la ruggine non dorme mai, e nemmeno l'idrogeno. L'elemento rende il metallo fragile, riduce la sua forza e può indebolire un'auto come una termite attraverso il legno [fonte: Science Daily]. Sì, non va bene.

Idrogeno, nella sua prima posizione nella tavola periodica. Vuoi vedere una versione più grande? Clicca qui per vedere una versione più grande e più dettagliata della tavola periodica. Si aprirà in una finestra separata in modo da poter passare dall'articolo alla tabella. ©

Facciamo un viaggio indietro nel tempo fino all'anno 1520. In Svizzera, un alchimista di nome Philippus Aureolus Paracelsus ha messo un pezzo di ferro in una soluzione di acido solforico. L'acido comincia a ribollire in "un'aria che esplode come il vento". Anche se Paracelso non lo sapeva allora, quel vento che faceva bolle si è rivelato essere l'idrogeno. L'elemento n. 1 fu ufficialmente nominato alla fine del XVIII secolo da Antoine-Laurent Lavoisier, un aristocratico francese che si dilettava nella scienza e alla fine perse la testa durante la Rivoluzione francese [fonti: ASME, Chemical Heritage].

Scienziati e inventori scoprirono presto che l'idrogeno di Lavoisier era l'elemento più leggero dell'universo. Anche se questo potrebbe rivelarsi meraviglioso per riempire i palloncini, non è stato così fantastico quando si trattava di interazioni tra idrogeno e metallo. In effetti, gli atomi di idrogeno hanno la straordinaria capacità di filtrare attraverso vari metalli, rendendoli fragili, eventualmente rompendoli, rompendoli e rompendoli [fonte: Science Daily].

Sebbene gli scienziati studino i fenomeni dal 1875, non comprendono appieno la fisica del problema. Quello che sanno è che gli atomi di idrogeno si diffondono o si diffondono facilmente attraverso i metalli, specialmente ad alte temperature. Gli atomi si ricombinano tra loro per formare molecole di idrogeno. Queste molecole trovano casa negli angoli e nelle fessure microscopiche del metallo, creando un'enorme quantità di pressione. Quella pressione riduce la resistenza alla trazione del metallo. Crepa! Il metallo si rompe [fonte: McGill University].

I ricercatori non possono prevedere dove si verificherà l'infragilimento da idrogeno. Tutto quello che sanno è che il minuscolo atomo di idrogeno ama permeare e divorare la maggior parte delle leghe ad alta resistenza, compreso l'acciaio e quelle a base di nichel. Possono persino vederlo accadere durante le simulazioni al computer [fonte: McGill University]. La gravità dell'infragilimento varia con il tipo di lega e con la temperatura [fonte: grigio].

L'infragilimento da idrogeno è diventato la rovina di cose come portaerei, corazzate, aeroplani, astronavi e reattori nucleari. Di tanto in tanto, le conseguenze sono state mortali. Nel 1985, un soldato morì in Gran Bretagna quando i bulloni di un cannone semovente obice da 155 mm di fabbricazione americana fallirono. I bulloni tenevano abbassato il collettore che sollevava e abbassava la pistola. I bulloni scattarono, bloccando il soldato sotto il collettore. Gli investigatori hanno accusato l'infragilimento da idrogeno. Il gas rendeva i dardi così fragili da non poter resistere alle forti scosse prodotte dalla pistola che sparava. Nel 1984, anche i bulloni (anche per i supporti delle pistole) su un carro armato M1 Abrams si spezzarono [fonte: Anderson].

Gli scienziati stanno lavorando febbrilmente cercando di prevedere come, quando e dove si verificherà l'infragilimento da idrogeno. L'industria automobilistica, tra le altre, ne è preoccupata. Come probabilmente saprai, i veicoli alimentati a idrogeno ottengono la loro energia da un dispositivo chiamato a cella a combustibile. Le celle a combustibile consentono all'idrogeno di combinarsi con l'ossigeno per produrre calore ed elettricità. Gli unici sottoprodotti sono il calore e l'acqua [fonte: National Renewable Energy Laboratory].

Gli atomi di idrogeno possono perforare il metallo durante il processo di produzione, come quando i lavoratori placcano le parti di automobili, saldano insieme le parti o quando il metallo viene fresato o pressato. L'infiltrazione di idrogeno può verificarsi anche durante la guida dell'auto su strada. Gli atomi saturano il metallo, penetrando nei serbatoi del carburante e in altri componenti. Di conseguenza, parti di automobili come serbatoi di carburante, celle a combustibile e cuscinetti a sfera possono guastarsi senza preavviso. Il risultato? Spese di riparazione costose e peggio [fonte: Science Daily].

Non buttare ancora via l'idea dell'auto a idrogeno. I ricercatori in Germania hanno studiato come gli atomi di idrogeno si muovono attraverso il metallo. Tracciando il percorso degli atomi, sperano di sviluppare materiali resistenti all'infragilimento che possono essere utilizzati nelle auto a idrogeno. Gli scienziati stanno anche cercando modi per fermare il processo di fragilità riscaldando costantemente gli atomi di idrogeno che sono sempre in movimento [fonte: Science Daily].

Comprendendo meglio come gli atomi di idrogeno svolgono la loro attività distruttiva, scienziati e ingegneri sono fiduciosi di essere in grado di realizzare serbatoi di carburante a bordo e altre parti che non si degradano nel tempo [fonte: Azom.com]. Prima che tu te ne accorga, guideremo tutti auto a idrogeno.

Nota dell'autore: l'idrogeno distrugge il metallo?

Fino a quando non ho iniziato a fare ricerche su questo articolo, non avevo idea che l'idrogeno, l'elemento più abbondante nell'universo, fosse così distruttivo. Oh certo, conoscevo le basi del motivo per cui il mio amato Ford Ranger del 1993 iniziò ad arrugginire: ossigeno combinato con ferro per formare ossido di ferro, e prima che me ne rendessi conto, stavo raschiando, adescando e dipingendo. Immagino che non avrei dovuto essere sorpreso di sapere che l'idrogeno mangia il metallo altrettanto facilmente. L'infragilimento da idrogeno è una questione seria, soprattutto quando l'idrogeno è un componente chiave per risolvere i nostri bisogni di carburante e aiutare il pianeta. Si spera che gli scienziati saranno in grado di trovare una soluzione conveniente al problema.

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fonti

• L'American Society of Mechanical Engineers (ASME). "Motore a razzo RL10". (14 gennaio 2013) http://files.asme.org/asmeorg/communities/history/landmarks/5636.pdf
• Anderson, Jack. "Il soldato muore quando si rompono le armi difettose." Ocala Star-Banner. 16 Febbraio 1987. (5 Gennaio 2013) http://news.google.com/newspapers?id=xZ0TAAAAIBAJ&sjid=mAYEAAAAIBAJ&pg=4103,25787&dq=hydrogen+embrittlement&hl=en
• Azom.com. "Hydrogen Economy of the Future Spurs Hydrogen Embrittlement Research. 28 maggio 2008. (5 gennaio 2013) http://www.azom.com/news.aspx?newsID=12342
• La Chemical Heritage Foundation. "Antoine-Laurent Lavoisier." (4 gennaio 2013) http://www.chemheritage.org/discover/online-resources/chemistry-in-history/themes/early-chemistry-and-gases/lavoisier.aspx
• CNN.com. "Bush pubblicizza i benefici del carburante a idrogeno". 6 febbraio 2003 (3 gennaio 2013) http://articles.cnn.com/2003-02-06/politics/bush-energy_1_hydrogen-power-fuel-cells-dependence-on-foreign-oil?_s = PM: ALLPOLITICS
• Grigio, Hugh. R. "Embrittlement ambientale da idrogeno". NASA. 26 giugno 1972 (5 gennaio 2013) http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19720019924_1972019924.pdf
• Making-Hydrogen.com. "Storia dell'idrogeno". (4 gennaio 2013). http://www.making-hydrogen.com/history-of-hydrogen.html
• McGill University. "Lo studio rivela indizi sulla causa dell'infragilimento da idrogeno". 19 novembre 2012. (7 gennaio 2013) http://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/study-reveals-clues-cause-hydrogen-embrittlement-219051.
• Laboratorio nazionale per le energie rinnovabili. "Nozioni di base sull'idrogeno". 18 maggio 2012. (4 gennaio 2013) http://www.nrel.gov/learning/eds_hydrogen.html
• Science Daily. "Indizi sulla causa dell'infragilimento da idrogeno nei metalli: i risultati potrebbero guidare la progettazione di nuovi materiali resistenti all'infragilimento". 19 novembre 2012. (4 gennaio 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121119132309.htm
• Science Daily. "L'idrogeno provoca la rottura del metallo". 21 agosto 2010. (3 gennaio 2013) http://www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100816114831.htm