За кілька років до того, як Девід Хассельхофф продемонстрував свою форму на Baywatch, він їздив на Pontiac Trans Am на Miami Vice. Серіал обертався навколо Майкла Найта та його автомобіля зі штучним інтелектом KITT. Цей автомобіль був мрією кожного підлітка, який отримав водійські права. Він розвивав швидкість до 300 миль на годину. У нього був голос, схожий на голос мудрого діда. Це був ідеальний автомобіль мрії.
Але тут є заковика. KITT не працював на бензині. За сценарієм йому дали водневий двигун. Це дозволило Найту переслідувати лиходіїв по екрану, не турбуючись про вибухи.
Перемотайте на кілька років вперед. Серіал закрито. Рейтинг впав. Але ідея водню не зникла. Політики почали говорити про це як про чарівну кулю. Вони сказали, що це замінить вугілля та нафту. Вони сказали, що це вирішить нашу енергетичну кризу. У 2003 році Джордж Буш виділив 1,2 мільярда доларів на вирішення цієї проблеми. Він хотів, щоб водень став стандартним паливом для американців.
На папері це має сенс. Водень живить сонце. Це найпоширеніший елемент у Всесвіті. Ми можемо виробляти його з води. Чисто горить. Без смогу. Ніяких парникових газів.
Так чому ж він не захопив ринок?
Подумайте про іржу. Іржа руйнує метал. Водень робить те саме. Це робить метал крихким. Це знижує міцність конструкції. Він роз’їдає кузов автомобіля, як терміти деревину. Якщо ви хочете вберегти свою машину від розвалу, водень – це біда в дупі.
Проблема з водневими паливними елементами
Головною проблемою технології водневих паливних елементів є довговічність. Традиційні двигуни внутрішнього згоряння довговічні. Вони добре переносять температуру і тиск. Водневі паливні елементи працюють інакше. Вони працюють при нижчих температурах, але все ще стикаються з матеріальними проблемами.
Металеві компоненти руйнуються. Це не просто незручність. Це фундаментальний інженерний бар’єр. Машини повинні служити довго. Якщо бак кородує, машина перестає їздити. Ось чому більшість виробників дотримуються акумуляторів або традиційного бензину.
Обіцянка водню була очевидною. Чиста енергія. Необмежена кількість. Нульові викиди з вихлопної труби. Але реальність безладна. Інфраструктури немає. Складне зберігання. Матеріали примхливі.
Ми все ще чекаємо, поки технологія наздожене ажіотаж. До тих пір KITT залишається вигадкою. Але справжні машини залишаються на бензині.
Невидимий ворог усередині металу
Зараз ми розглядаємо високоміцні сплави. сталь. Композити на основі нікелю. Щось, що робить шасі жорсткішим і запобігає руйнуванню підвіски. Атомам водню не важлива структурна цілісність. Вони просто потрапляють всередину.
Вчені знають про це з 1875 року. Вони досі не до кінця розуміють фізику процесу. Що ми точно знаємо, так це те, що водень дифундує. Воно поширюється. Особливо при високих температурах. Потрапивши всередину, атоми об’єднуються в пари. Вони стають молекулами. Вони ховаються в мікроскопічних тріщинах всередині металевої решітки.
Тиск зростає швидко.
Міцність на розрив падає. Потім метал ламається. Без попередження. Без іржі. Просто чистий перелом.
Дослідники не можуть передбачити, де це станеться наступного разу. Комп’ютерне моделювання показує цей процес у часі. Ступінь серйозності залежить від типу сплаву та навколишньої температури. Це тихий вбивця структурних компонентів.
«Водневе крихтіння стало бичем таких об’єктів, як авіаносці, лінкори, літаки, космічні кораби та ядерні реактори.»
Ставки завжди були високі. 1985 року британського солдата розчавило. Англійські болти 155-мм гаубиць американського виробництва вийшли з ладу. Вони утримували розподільчий механізм підйому та опускання зброї. Болти лопнули під напругою від пострілу. Водневе крихтіння зробило їх занадто крихкими, щоб витримувати удари. Солдат опинився під завалами. Роком раніше лопнули болти танків M1 Abrams. Та сама проблема.
Це стосується не лише військової техніки. Автопром стурбований цим. Особливо сегмент автомобілів на водневому паливі.
Паливні елементи та проблема корозії
Водневі автомобілі використовують паливні елементи. Хімія проста. Водень зустрічається із киснем. Ви отримуєте тепло. Ви отримуєте електроенергію. Єдиний вихлоп – водяна пара. Чисто. Ефективно.
Але інфраструктура має нестачу. Металеві компоненти вразливі.
Проникнення починається заводі. Хромування. Зварювання. Фрезерування. Штампування. Всі ці процеси вводять водень у металеву матрицю. На цьому річ не закінчується. Їзда на автомобілі додатково насичує метал. Водень проникає в паливні баки. Він роз’їдає шарикопідшипники. Він руйнує стеки паливних елементів.
Деталі виходять із ладу без попередження.
Ви думаєте про тріщину в паливному трубопроводі, коли їдете зі швидкістю 70 миль на годину міжштатною магістралі. Або про вихід із ладу важеля підвіски. Вартість ремонту астрономічна. А ризик смертельний.
Поки що не варто відмовлятися від концепції водневого автомобіля. Дослідники у Німеччині відстежують рух атомів. Вони картують маршрути. Мета – створення матеріалів, стійких до крихкості. Нові сплави, що відштовхують водень.
Вчені також експериментують із термічними рішеннями. Постійно нагріваючи захоплені атоми. Підтримуючи їх у русі, щоб вони не осідали та не створювали зони високого тиску.
Найкраще розуміння призводить до кращого інжинірингу. Бортові паливні баки, що не деградують. Компоненти, які служать довго.
Ми близькі до вирішення цієї головоломки. Наука про матеріали наздоганяє амбіції.
Майбутнє автомобілебудування буде засноване на газі?
Чому ми постійно повертаємось до водню? Це міцна енергія. Легка вага. Відсутність викидів вуглецю у вихлопну трубу. Але зберігання утруднене. Баки важкі. Метал постійно виходить із ладу.
Прорив буде не в двигуні. Він буде у металургії.
Якщо ми зможемо зупинити дифузію, то зможемо безпечно використовувати водень під високим тиском. Ми зможемо будувати легші автомобілі. Автомобілі, які проїжджають далі однією заправкою. Не потрібні зарядні станції. Лише заправний насос.
Наука рухається швидко. Моделювання стають точнішими. Випробування матеріалів стають точнішими.
Ми побачимо водневі автомобілі. Вони не виглядатимуть як сьогоднішні прототипи. Вони будуть схожі на звичайні автомобілі. Але під капотом баки та трубопроводи будуть іншими. Посилені. Стійкі.
До того часу ми стежимо за болтами. Ми стежимо за баками. Ми чекаємо, доки метал піде назустріч.
