Mnogi televizijski gledatelji širom svijeta još se sjećaju auta K.I.T.T. – legendarnog superautomobila koji govori iz američke televizijske serije »Knight Rider«.
Turbo motor na vodik pogonio je ovo vozilo iz mašte i omogućavao mu da brzinom od preko 400 kilometara na sat progoni zlikovce. U budućnosti, automobili bi mogli biti opremljeni s pogonom na vodik ne samo na filmu, nego i u stvarnom životu. U području transporta i energetike, na vodik se gleda kao na moguću alternativu fosilnim gorivima, kao što su ugljen, nafta i prirodni plin.
Međutim, za metale kao što su čelik, aluminij i magnezij – koji se obično koriste u automobilskoj industriji i energetskim tehnologijama – vodik nije baš idealan. On metale može učiniti krhkima i smanjiti njihovu rastezljivost, te tako skratiti njihovu trajnost. To može dovesti do naglog kvarenja dijelova i komponenti. Osim samog spremnika goriva ili dijelova gorivih ćelija, time mogu biti pogođene i komponente poput običnih kugličnih ležajeva koje se ne nalaze samo na autima, već i u gotovo svim industrijskim strojevima.
Ovaj najlakši od kemijskih elemenata prožima sirovine od kojih se vozilo sastoji ne samo kada se puni rezervoar, nego i kroz različite proizvodne procese. Vodik može djelovati na metalne rešetke putem korozije ili tijekom kromiranja auto dijelova. Do kontakta može doći i tijekom zavarivanja, mljevenja ili prešanja. Rezultat je uvijek isti: materijal se može slomiti bez upozorenja. Posljedica su skupi popravci.
Da bi spriječili pukotine i lomove u budućnosti, istraživači na Fraunhofer institutu za mehaniku materijala IWM u Freiburgu proučavaju krhkost metala prouzrokovanu vodikom. Njihov je cilj pronaći materijale i proizvodne procese koji su kompatibilni s vodikom. »S našim novim posebnim laboratorijem, ispitujemo kako i kojom brzinom vodik migrira kroz metal. Možemo otkriti točke u kojima se vodik nakuplja u materijalu, a u kojima ne«, kaže Nicholas Winzer, istraživač na IWM.
Budući da potencijalni rizik uglavnom proizlazi iz difuznog i stoga pokretljivog dijela vodika, potrebno ga je odvojiti od cijelog sadržaja vodika. Istraživači mogu otpustiti i istovremeno mjeriti pokretni dio vodika toplinskom obradom pri čemu se uzorci kontinuirano zagrijavaju. Osim toga, stručnjaci mogu mjeriti stopu kojom se vodik transportira kroz metal, dok istovremeno primjenjuju testove mehaničkog naprezanja na uzorcima materijala. Testovi mogu odrediti kako se vodik u metalu ponaša kada se napetost povećava. U tu svrhu, znanstvenici koriste posebnu opremu za vlačno ispitivanje koja dopušta istovremeno mehanička opterećenja metala i prodiranje vodika. Dalje, oni određuju koliko je materijal otporan. »U industriji, komponente moraju izdržati kombinirane sile temperature, mehaničkog naprezanja i vodika. S novim posebnim laboratorijem, možemo pružiti potrebne analitičke postupke«, Winzer objašnjava posebnost simultanih testova.
Istraživači koriste rezultate laboratorijskih testova za računalne simulacije, s kojima su izračunali krhkost metala prouzrokovanu vodikom. Da bi to postigli, oni provode atomske i FEM simulacije kako bi istražili interakcije između vodika i metala na atomskim i makroskopskim razmjerima. »Kroz kombinaciju posebnih laboratorijskih i simulacijskih alata, našli smo materijale koji su pogodni za upotrebu vodika te kako se mogu poboljšati proizvodni procesi. S ovim znanjem možemo podržati industrijske tvrtke«, kaže dr. Wulf Pfeiffer, voditelj poslovne jedinice za analizu procesa i materijala na IWM.
Izvor: Fraunhofer-Gesellschaft
