Wiele lat przed tym, jak David Hasselhoff pokazał swoją formę w „Słonecznym patrolu”, jeździł Pontiakiem Trans Am w Miami Vice. Serial kręcił się wokół Michaela Knighta i jego sztucznie inteligentnego pojazdu KITT. Ten samochód był marzeniem każdego nastolatka, który zdał prawo jazdy. Osiągał prędkość do 300 mil na godzinę. Miał głos przypominający głos mądrego dziadka. To był idealny samochód marzeń.
Ale jest pewien haczyk. KITT nie jeździł na benzynie. W scenariuszu otrzymał silnik na paliwo wodorowe. Dzięki temu Knight mógł ścigać złoczyńców po ekranie, nie martwiąc się o wybuchy.
Przeskocz kilka lat do przodu. Seria została zamknięta. Ocena upadła. Ale idea wodoru nie zniknęła. Politycy zaczęli o tym mówić jak o magicznej kuli. Mówili, że zastąpi węgiel i ropę naftową. Mówili, że to rozwiąże nasz kryzys energetyczny. W 2003 roku George W. Bush przeznaczył 1,2 miliarda dolarów na rozwiązanie tego problemu. Chciał, aby wodór stał się standardowym paliwem dla Amerykanów.
Na papierze ma to sens. Wodór napędza słońce. Jest to najobficiej występujący pierwiastek we wszechświecie. Możemy go wyprodukować z wody. Spala się czysto. Żadnego smogu. Żadnych gazów cieplarnianych.
Dlaczego więc nie podbiło rynku?
Pomyśl o rdzy. Rdza niszczy metal. Wodór robi to samo. Sprawia, że metal staje się kruchy. Zmniejsza wytrzymałość konstrukcji. Wżera się w karoserię niczym termity w drewnie. Jeśli chcesz, aby Twój samochód się nie rozpadł, wodór jest upierdliwy.
Problem z wodorowymi ogniwami paliwowymi
Głównym problemem technologii wodorowych ogniw paliwowych jest trwałość. Tradycyjne silniki spalinowe są trwałe. Dobrze znoszą ciepło i ciśnienie. Wodorowe ogniwa paliwowe działają inaczej. Działają w niższych temperaturach, ale nadal borykają się z problemami materiałowymi.
Elementy metalowe ulegają degradacji. To nie tylko niedogodność. Jest to podstawowa bariera inżynieryjna. Samochody powinny służyć długo. Jeśli zbiornik ulegnie korozji, samochód przestanie działać. Dlatego większość producentów trzyma się akumulatorów lub tradycyjnej benzyny.
Obietnica dotycząca wodoru była jasna. Czysta energia. Nieograniczona podaż. Zero emisji z rury wydechowej. Ale rzeczywistość jest chaotyczna. Nie ma infrastruktury. Przechowywanie jest trudne. Materiały są kapryśne.
Wciąż czekamy, aż technologia dogoni ten szum. Do tego czasu KITT pozostaje fikcją. Ale prawdziwe samochody pozostają na benzynie.
Niewidzialny wróg wewnątrz metalu
Obecnie przyglądamy się stopom o wysokiej wytrzymałości. Stal. Kompozyty na bazie niklu. Coś, co usztywnia podwozie i zapobiega zapadaniu się zawieszenia. Atomy wodoru nie dbają o integralność strukturalną. Po prostu wchodzą do środka.
Naukowcy wiedzą o tym od 1875 roku. Nadal nie do końca rozumieją fizykę tego procesu. Wiemy na pewno, że wodór dyfunduje. To się rozprzestrzenia. Zwłaszcza w wysokich temperaturach. Wewnątrz atomy łączą się w pary. Stają się cząsteczkami. Ukrywają się w mikroskopijnych pęknięciach wewnątrz metalowej siatki.
Ciśnienie szybko rośnie.
Wytrzymałość na rozciąganie spada. Potem metal pęka. Bez ostrzeżenia. Brak rdzy. Po prostu czysty syf.
Naukowcy nie są w stanie przewidzieć, gdzie to nastąpi w następnej kolejności. Symulacje komputerowe pokazują ten proces w czasie rzeczywistym. Nasilenie zależy od rodzaju stopu i temperatury otoczenia. To cichy zabójca elementów konstrukcyjnych.
„Kruchość wodorowa stała się plagą takich obiektów, jak lotniskowce, pancerniki, samoloty, statki kosmiczne i reaktory jądrowe.”
Stawka zawsze była wysoka. W 1985 roku brytyjski żołnierz został zamordowany. Angielskie zamki amerykańskiej haubic 155 mm zawiodły. Trzymali mechanizm dystrybucji do podnoszenia i opuszczania broni. Śruby pękły pod naporem strzału. Kruchość wodorowa uczyniła je zbyt kruchymi, aby wytrzymać uderzenia. Żołnierz znalazł się pod gruzami. Rok wcześniej pękły śruby w czołgach M1 Abrams. Ten sam problem.
Dotyczy to nie tylko sprzętu wojskowego. Branża samochodowa jest tym zaniepokojona. Zwłaszcza segment samochodów napędzanych wodorem.
Ogniwa paliwowe i problem korozji
Samochody wodorowe wykorzystują ogniwa paliwowe. Chemia jest prosta. Wodór spotyka się z tlenem. Dostajesz ciepło. Dostajesz prąd. Jedynym wydechem jest para wodna. Czysto. Skuteczny.
Ale infrastruktura jest wadliwa. Elementy metalowe są podatne na uszkodzenia.
Infiltracja rozpoczyna się w fabryce. Chromowanie. Spawalniczy. Przemiał. Cechowanie. Wszystkie te procesy wprowadzają wodór do metalowej osnowy. Na tym sprawa się nie kończy. Jazda samochodem dodatkowo nasyca metal. Wodór wycieka do zbiorników paliwa. Zżera łożyska kulkowe. Niszczy stosy ogniw paliwowych.
Części ulegają uszkodzeniu bez ostrzeżenia.
Kiedy jedziesz autostradą międzystanową z prędkością 70 mil na godzinę, myślisz o pęknięciu przewodu paliwowego. Lub o awarii wahacza. Koszt naprawy jest astronomiczny. A ryzyko jest śmiertelne.
Nie rezygnujcie jeszcze z koncepcji samochodu wodorowego. Naukowcy w Niemczech śledzą ruch atomów. Mapują trasy. Celem jest stworzenie materiałów odpornych na kruchość. Nowe stopy odpychające wodór.
Naukowcy eksperymentują także z rozwiązaniami termicznymi. Ciągłe ogrzewanie uwięzionych atomów. Utrzymuj je w ruchu, aby nie osiadały i nie tworzyły obszarów wysokiego ciśnienia.
Lepsze zrozumienie prowadzi do lepszej inżynierii. Pokładowe zbiorniki paliwa, które nie ulegają degradacji. Komponenty, które wytrzymują długi czas.
Jesteśmy blisko rozwiązania tej zagadki. Inżynieria materiałowa dogania ambicje.
Czy przyszłość produkcji motoryzacji będzie oparta na gazie?
Dlaczego wciąż wracamy do wodoru? To jest gęsta energia. Lekka. Brak emisji dwutlenku węgla z rury wydechowej. Ale przechowywanie jest trudne. Zbiorniki są ciężkie. Metal zawsze zawodzi.
Przełomu nie będzie w silniku. Będzie pracował w metalurgii.
Jeśli uda nam się zatrzymać dyfuzję, będziemy mogli bezpiecznie używać wodoru pod wysokim ciśnieniem. Będziemy mogli budować lżejsze samochody. Samochody jadące dalej na tej samej stacji benzynowej. Nie są potrzebne żadne stacje ładowania. Tylko pompa do napełniania.
Nauka porusza się szybko. Symulacje stają się coraz dokładniejsze. Testowanie materiałów staje się coraz dokładniejsze.
Zobaczymy samochody na wodór. Nie będą wyglądać jak dzisiejsze prototypy. Będą wyglądać jak zwykłe samochody. Ale pod maską zbiorniki i rury będą inne. Wzmocnione. Zrównoważony.
Do tego czasu będziemy zwracać uwagę na śruby. Obserwujemy zbiorniki. Czekamy, aż metal ruszy do przodu.
