David Hasselhoff가 "Baywatch" 해변에서 그의 근육을 파문시키기 오래 전에 그는 KITT라는 슈퍼카가 등장하는 액션 히트작인 "Knight Rider"라는 TV 쇼에 출연했습니다. 화려한 자동차는 너무 멋지고 강력했기 때문에(어떤 자존심이 강한 십대 남성이 운전석에 앉고 싶지 않았을까요?) 우리의 곱슬머리 영웅은 483km라는 놀라운 속도로 도시 전역의 악당들을 쉽게 쫓아갔습니다. 시. 젠장, 차는 자상한 할아버지처럼 말을 하기도 했다.
무엇이 KITT에게 놀라운 힘을 주었습니까? 자동차에는 수소 동력 엔진이 장착되어 있어 Michael Knight(Hasselhoff)가 80년대 초반의 가장 비열한 TV 악당을 곤경에 빠뜨릴 수 있었습니다.
원래 시리즈가 추락하고 시청률에서 불타고 10여 년 후, 정치인, 언론인 및 기타 사람들은 수소를 석탄과 같은 화석 연료의 대안인 미래의 에너지로 선전하기 시작했습니다. 그들은 수소가 우리의 모든 운송 수단과 전기 수요에 연료를 공급할 마법의 비약이라고 말했습니다. 결국 수소는 풍부하고 깨끗하게 연소되어 이론적으로 온실 가스 배출을 줄이는 데 도움이 될 것입니다. 실제로 2003년 석유 사업으로 큰돈을 벌었던 조지 W. 부시 미국 대통령은 수소를 미국인들이 선택하는 연료로 만들기 위해 12억 달러를 배정하겠다고 발표했습니다[출처:CNN].
누가 그를 비난할 수 있겠습니까? 수소는 훌륭한 연료 공급원입니다. 젠장, 태양에 힘을 실어준다. 뿐만 아니라 우리는 결코 수소를 고갈시킬 수 없습니다. 그것은 우리의 공기와 물에 있습니다. 수소는 우주에서 가장 풍부한 원소입니다(지구에는 없지만).
그러나 수소 동력 차량에 투자하기 전에 다음을 생각해 보십시오. Rust는 결코 잠들지 않으며 수소도 마찬가지입니다. 이 요소는 금속을 부서지기 쉽게 만들고 강도를 감소시키며 나무를 통해 흰개미처럼 자동차를 약화시킬 수 있습니다[출처:Science Daily]. 예, 좋지 않습니다.
1520년으로 시간을 거슬러 올라가 봅시다. 스위스에서 Philippus Aureolus Paracelsus라는 연금술사가 황산 용액에 철 조각을 넣었습니다. 산은 "바람처럼 터지는 공기"에서 거품을 일으키기 시작합니다. Paracelsus는 그때 그것을 몰랐지만, 그 거품을 만드는 바람은 수소로 밝혀졌습니다. 1번 원소는 18세기 후반 과학에 손을 댔다가 프랑스 혁명 동안 머리를 잃은 프랑스 귀족 Antoine-Laurent Lavoisier에 의해 공식적으로 명명되었습니다[출처:ASME, Chemical Heritage].
과학자들과 발명가들은 곧 라부아지에의 수소가 우주에서 가장 가벼운 원소라는 것을 발견했습니다. 풍선을 채우는 데는 훌륭할 수 있지만 수소와 금속 사이의 상호 작용에 관해서는 그렇게 굉장하지 않았습니다. 사실, 수소 원자는 다양한 금속을 통해 스며드는 놀라운 능력을 가지고 있어 금속을 부서지기 쉽게 만들고 결국에는 금이 가고 파열되고 부서집니다[출처:Science Daily].
과학자들은 1875년부터 현상을 연구해 왔지만 문제의 물리학을 완전히 이해하지 못했습니다. 그들이 아는 것은 수소 원자가 특히 고온에서 금속을 통해 쉽게 확산되거나 퍼진다는 것입니다. 원자는 서로 재결합하여 수소 분자를 형성합니다. 이 분자는 금속의 미세한 구석과 틈에서 집을 찾아 엄청난 양의 압력을 생성합니다. 그 압력은 금속의 인장 강도를 감소시킵니다. 금이 가다! 금속 파손 [출처:McGill University].
연구원들은 수소 취성이 어디에서 발생할지 예측할 수 없습니다. 그들이 아는 것은 작은 수소 원자가 강철과 니켈 기반 합금을 포함한 대부분의 고강도 합금에 침투하여 집어삼키는 것을 좋아한다는 것입니다. 그들은 컴퓨터 시뮬레이션 중에도 그것이 일어나는 것을 볼 수 있습니다[출처:McGill University]. 취성의 정도는 합금의 유형과 온도에 따라 다릅니다[출처:회색].
수소 취성은 항공모함, 전함, 비행기, 우주선 및 원자로와 같은 것들의 골칫거리가 되었습니다. 때때로 그 결과는 치명적이었습니다. 1985년 영국에서 미국산 155mm 곡사포 자주포의 볼트가 고장나서 한 군인이 사망했습니다. 볼트는 총을 올리고 내리는 매니폴드를 누르고 있었습니다. 볼트가 끊어져 병사가 매니폴드 아래에 고정되었습니다. 수사관들은 수소 취성을 비난했습니다. 가스로 인해 볼트가 너무 약해 총에서 발생하는 심한 충격을 견딜 수 없었습니다. 1984년에는 M1 Abrams 탱크의 볼트(건 마운트용)도 부러졌습니다[출처:Anderson].
과학자들은 수소 취성이 어떻게, 언제, 어디서 일어날지 예측하기 위해 열심히 노력하고 있습니다. 특히 자동차 업계는 이에 대해 우려하고 있다. 아시다시피 수소 동력 차량은 연료 전지라는 장치에서 에너지를 얻습니다. . 연료 전지를 사용하면 수소가 산소와 결합하여 열과 전기를 생산할 수 있습니다. 부산물은 열과 물뿐입니다[출처:국립 재생 에너지 연구소].
수소 원자는 작업자가 자동차 부품에 크롬 도금을 하거나 부품을 함께 용접하거나 금속을 밀링하거나 압착할 때와 같이 제조 공정 중에 금속에 구멍을 뚫을 수 있습니다. 수소 침투는 자동차가 도로를 주행할 때도 발생할 수 있습니다. 원자는 금속을 포화시켜 연료 탱크 및 기타 구성 요소로 스며듭니다. 그 결과 연료 탱크, 연료 전지 및 볼 베어링과 같은 자동차 부품이 경고 없이 고장날 수 있습니다. 결과? 값비싼 수리비 -- 그리고 더 나쁜 [출처:Science Daily].
아직 수소차 아이디어를 폐기하지 마십시오. 독일의 연구원들은 수소 원자가 금속을 통해 이동하는 방법을 연구하고 있습니다. 원자의 경로를 추적하여 수소 자동차에 사용할 수 있는 취화 방지 재료를 개발하기를 희망합니다. 과학자들은 또한 항상 이동하는 수소 원자를 지속적으로 가열하여 취화 과정을 멈추는 방법을 연구하고 있습니다 [출처:Science Daily].
수소 원자가 파괴적인 비즈니스를 수행하는 방식을 더 잘 이해함으로써 과학자와 엔지니어는 시간이 지나도 성능이 저하되지 않는 온보드 연료 탱크 및 기타 부품을 만들 수 있을 것이라고 확신합니다[출처:Azom.com]. 우리 모두가 수소차를 운전하게 될 것입니다.
이 기사에 대한 연구를 시작하기 전까지는 우주에서 가장 풍부한 원소인 수소가 이렇게 파괴적인 것인지 전혀 몰랐습니다. 오 물론입니다. 제가 사랑하는 1993년식 포드 레인저가 녹슬기 시작한 이유, 즉 산소가 철과 결합하여 산화철을 형성하기 시작한 이유에 대한 기본 사항을 알고 있었습니다. 제가 알기도 전에 저는 긁고 프라이밍하고 페인팅을 하고 있었습니다. 수소가 금속을 쉽게 먹어치운다는 사실에 놀라지 않았을 것 같습니다. 수소 취성은 특히 수소가 연료 수요를 해결하고 지구를 돕는 핵심 구성요소일 때 심각한 문제입니다. 과학자들이 이 문제에 대한 비용 효율적인 솔루션을 찾을 수 있기를 바랍니다.
