Lange bevor David Hasselhoff in „Baywatch“ auftrat, fuhr er in „Knight Rider“ einen Pontiac Trans Am. Im Mittelpunkt der Show standen Michael Knight und sein künstlich intelligentes Auto KITT. Das Fahrzeug war eine Fantasie für jeden Teenager mit Führerschein. Es erreichte 300 Meilen pro Stunde. Es hatte eine Stimme, die wie die eines weisen Großvaters klang. Es war die ultimative Traummaschine.
Aber hier ist der Haken. KITT lief nicht mit Benzin. Das Drehbuch gab ihm einen wasserstoffbetriebenen Motor. Das ermöglichte es Knight, Bösewichte über den Bildschirm zu jagen, ohne sich um die Emissionen kümmern zu müssen.
Ein paar Jahre später. Die Show ist gestorben. Die Einschaltquoten sanken. Aber die Idee von Wasserstoff war es nicht. Politiker fingen an, es als Wundermittel zu bezeichnen. Sie sagten, es würde Kohle und Öl ersetzen. Sie sagten, es würde unsere Energiekrise lösen. Im Jahr 2003 warf George W. Bush 1,2 Milliarden US-Dollar in die Lösung des Problems. Er wollte, dass Wasserstoff zum Standardtreibstoff für die Amerikaner wird.
Auf dem Papier macht es Sinn. Wasserstoff treibt die Sonne an. Es ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Wir können es aus Wasser herstellen. Es brennt sauber. Kein Smog. Keine Treibhausgase.
Warum hat es also nicht übernommen?
Denken Sie an Rost. Rost zerstört Metall. Wasserstoff macht das Gleiche. Es macht Metall spröde. Es verringert die strukturelle Festigkeit. Es zerfrisst den Rahmen eines Autos wie Termiten Holz. Wenn Sie ein Fahrzeug wollen, das nicht auseinanderfällt, bereitet Wasserstoff Kopfschmerzen.
Das Problem mit Wasserstoff-Brennstoffzellen
Das Kernproblem der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie ist die Haltbarkeit. Herkömmliche Verbrennungsmotoren sind hart im Nehmen. Sie vertragen Hitze und Druck gut. Wasserstoff-Brennstoffzellen sind anders. Sie arbeiten bei niedrigeren Temperaturen, stehen aber dennoch vor materiellen Herausforderungen.
Metallkomponenten verschlechtern sich. Dies ist keine geringfügige Unannehmlichkeit. Es handelt sich um ein grundlegendes technisches Hindernis. Autos müssen lange halten. Wenn der Tank korrodiert, funktioniert das Auto nicht mehr. Aus diesem Grund bleiben die meisten Hersteller bei Batterien oder herkömmlichem Gas.
Das Versprechen von Wasserstoff war klar. Saubere Energie. Unbegrenzter Vorrat. Null Schadstoffe am Auspuff. Aber die Realität ist chaotisch. Es fehlt die Infrastruktur. Die Lagerung ist schwierig. Die Materialien sind anspruchsvoll.
Wir warten immer noch darauf, dass die Technologie mit dem Hype mithalten kann. Bis dahin bleibt KITT eine Fiktion. Und echte Autos fahren weiterhin mit Benzin.
Der unsichtbare Feind im Metall
Wir beschäftigen uns derzeit mit hochfesten Legierungen. Stahl. Verbundwerkstoffe auf Nickelbasis. Das Material, das dafür sorgt, dass Ihr Chassis stabil bleibt und Ihre Federung nicht zusammenbricht. Wasserstoffatome kümmern sich nicht um Ihre strukturelle Integrität. Sie schlüpfen einfach hinein.
Wissenschaftler wissen davon seit 1875. Sie verstehen die Physik immer noch nicht vollständig. Was wir wissen ist Folgendes: Wasserstoff diffundiert. Es breitet sich aus. Vor allem, wenn es heiß hergeht. Sobald sie drinnen sind, bilden die Atome Paare. Sie werden zu Molekülen. Sie verstecken sich in mikroskopisch kleinen Rissen im Metallgitter.
Der Druck baut sich auf. Schnell.
Die Zugfestigkeit sinkt. Dann bricht das Metall. Keine Warnung. Kein Rost. Einfach ein sauberer Bruch.
Forscher können nicht vorhersagen, wo es als nächstes passieren wird. Computersimulationen zeigen, dass dies in Echtzeit geschieht. Der Schweregrad hängt von der Legierungsart und der Umgebungstemperatur ab. Es ist ein lautloser Killer für Strukturkomponenten.
„Wasserstoffversprödung ist zum Fluch von Flugzeugträgern, Schlachtschiffen, Flugzeugen, Raumschiffen und Kernreaktoren geworden.“
Es stand schon immer viel auf dem Spiel. 1985 wurde ein britischer Soldat niedergeschlagen. In den USA hergestellte 155-mm-Haubitzenbolzen versagten. Sie hielten den Hebe- und Senkverteiler der Waffe fest. Unter der Belastung des Schusses zerbrachen die Bolzen. Durch die Wasserstoffversprödung waren sie zu spröde, um den Stößen standzuhalten. Der Soldat steckte darunter fest. Ein Jahr zuvor brachen auch die Bolzen des M1 Abrams-Panzers. Gleiches Problem.
Es handelt sich nicht nur um militärische Hardware. Die Autoindustrie schwitzt darüber. Insbesondere das wasserstoffbetriebene Segment.
Brennstoffzellen und das Korrosionsproblem
Wasserstofffahrzeuge nutzen Brennstoffzellen. Die Chemie ist einfach. Wasserstoff trifft auf Sauerstoff. Du bekommst Hitze. Du bekommst Strom. Der einzige Ausstoß ist Wasserdampf. Sauber. Effizient.
Aber die Infrastruktur hat einen Fehler. Metallkomponenten sind anfällig.
Die Infiltration beginnt im Werk. Verchromung. Schweißen. Mahlen. Drücken. Alle diese Prozesse führen Wasserstoff in die Metallmatrix ein. Das ist noch nicht alles. Durch das Fahren mit dem Auto wird das Metall noch weiter gesättigt. Wasserstoff dringt in Kraftstofftanks ein. Es frisst sich in Kugellager. Es zersetzt Brennstoffzellenstapel.
Teile fallen ohne Vorwarnung aus.
Sie denken an einen Riss in der Kraftstoffleitung, während Sie mit 70 Meilen pro Stunde auf der Autobahn unterwegs sind. Oder ein Querlenker gibt nach. Die Reparaturrechnungen sind astronomisch. Und das Risiko ist tödlich.
Verwerfen Sie das Konzept des Wasserstoffautos noch nicht. Forscher in Deutschland verfolgen die Bewegung von Atomen. Sie kartieren die Routen. Das Ziel sind versprödungsbeständige Werkstoffe. Neue Legierungen, die den Wasserstoff abstoßen.
Wissenschaftler experimentieren auch mit thermischen Lösungen. Die eingeschlossenen Atome werden ständig erhitzt. Halten Sie sie in Bewegung, damit sie sich nicht absetzen und Druckstellen bilden.
Besseres Verständnis führt zu besserem Engineering. Kraftstofftanks an Bord, die sich nicht verschlechtern. Komponenten, die lange halten.
Wir sind kurz davor, das Rätsel zu lösen. Die Materialwissenschaft holt diesen Ehrgeiz ein.
Wird die Zukunft des Automobils mit Gas angetrieben?
Warum greifen wir immer wieder auf Wasserstoff zurück? Es ist dichte Energie. Leicht. Keine CO2-Emissionen am Auspuff. Aber die Lagerung ist schwierig. Die Panzer sind schwer. Das Metall versagt immer wieder.
Der Durchbruch wird nicht im Motor liegen. Es wird in der Metallurgie sein.
Wenn wir die Diffusion stoppen können, können wir Hochdruckwasserstoff sicher verwenden. Wir können leichtere Autos bauen. Autos, die mit einer einzigen Füllung weiter fahren. Keine Ladestationen erforderlich. Nur eine Pumpe.
Die Wissenschaft schreitet schnell voran. Simulationen werden immer genauer. Die Materialprüfung wird immer präziser.
Wir werden Wasserstoffautos sehen. Sie werden nicht wie heutige Prototypen aussehen. Sie werden wie normale Autos aussehen. Aber unter der Haube werden die Tanks und Leitungen anders sein. Verstärkt. Robust.
Bis dahin beobachten wir die Bolzen. Wir beobachten die Panzer. Wir warten darauf, dass das Metall mitarbeitet.
