Historien om og brugen af brint

Hydrogen er det enkleste og mest almindelige af de kemiske grundstoffer, som er byggestenene i alt stof. Andre atomer er opbygget af protoner, neutroner og elektroner. Men brint har kun én elektron og én proton. Det er også det mest hyppige grundstof. Faktisk udgør brint omkring tre fjerdedele af alt stof i universet.

Vidste du det?

USA producerer omkring 85 millioner kubikmeter brint hvert år. Det svarer til mere end 50 gange volumenet af Rogers Centre i Toronto!

Hydrogen er et farveløst og lugtløst ikke-metal. I sin mest almindelige form er det ekstremt brændbart. Med andre ord har det en tendens til at bryde i brand. Denne tendens gør brint til både en meget farlig og en meget nyttig ressource.

Hvornår blev brint opdaget?

Brint blev først opdaget i 1671 af den britiske videnskabsmand Robert Boyle. Han havde eksperimenteret med forskellige metaller ved at dyppe dem i syre. Når et rent metal lægges i syre, finder der en type reaktion sted, der kaldes en enkeltforskydningsreaktion. Hvis man f.eks. tilføjer et stykke kalium (K) til en opløsning af saltsyre (HCl), opstår følgende reaktion:

2K + 2HCl → 2KCl + H2

Det faste kaliummetal reagerer med syren for at danne et salt kaldet kaliumchlorid. I mellemtiden kombineres de tilbageværende brintatomer til brintgas.

I en artikel fra 1776 bekræftede en britisk videnskabsmand ved navn Henry Cavendish, at brint er et særskilt grundstof. Både Boyle og Cavendish bemærkede, at brintgas er meget letantændelig. Den gennemgår nærmere bestemt hurtigt og voldsomt en forbrændingsreaktion med ilt.

2H2 + O2 → 2H2O (+ varme)

Reaktionen tager molekyler af brint og ilt og kombinerer dem sammen til H2O (vand). Denne reaktion er exotermisk. Det betyder, at den frembringer varmeenergi – med andre ord ild. Andre forskere ville senere opdage, at brint udgør brændstoffet til de nukleare fusionsreaktioner, der finder sted inde i stjerner. Disse fusionsreaktioner genererer alt det lys og den varme, som Solen og andre stjerner producerer.

Vidste du det?

Væskebrinte smelter ved 14° over det absolutte nulpunkt (14° Kelvin eller -259 C

Hvad har man tidligere brugt brint til?

Sammen med at brinten er brandfarlig, observerede Boyle og Cavendish også, at brinten er mindre tæt (lettere) end luft. Brint er fantastisk til at løfte ting som balloner. På den måde ligner det det næstenkleste grundstof, helium. Faktisk er brint endnu bedre til at løfte ting end helium. Så det var kun et spørgsmål om tid, før folk begyndte at konstruere brintfyldte balloner til transport. I begyndelsen af 1900-tallet var store luftskibe, der brugte brint som løftegas, blevet en populær form for lufttransport.

Den brintfyldte luftskibsbølge varede dog ikke længe. I 1937 skete der en tragedie i USA. Det tyske luftskib Hindenburg brød i brand og eksploderede ved Lakehurst i New Jersey, hvor 36 mennesker omkom.

Luftskibsdesignere vidste, at brint er brandfarligt, og at helium var et mere sikkert valg. Helium var imidlertid sjældent og dyrt. Så de valgte det billigere, men mindre sikre valg. Efter Hindenburg-katastrofen blev brint hurtigt opgivet som løftegas. Samtidig blev flyvemaskiner mere almindelige.

Hvad er brint blevet brugt til i nyere tid?

Du har sikkert set videoer af en rumfærgeaffyring fra Kennedy Space Center eller docking på den internationale rumstation. Det program blev aflyst i 2011. Men indtil da var rumfærgen den vigtigste måde for NASA-astronauter at komme ud i rummet på. Har du nogensinde undret dig over, hvad der drev de utroligt store motorer? Det var brint!

Rumfærgens hovedmotor blev drevet af flydende brint og flydende ilt, der blev forbrændt. Hvor meget strøm giver forbrænding af brint? Så meget, at det er svært at forestille sig! Tre rumfærgemotorer, der arbejder sammen, udsender omtrent den samme mængde energi som 120 jernbanelokomotiver.
NASA’s ingeniører forstod også, hvor farligt brint kunne være. De besluttede dog, at de kunne drage fordel af al den rå energi, så længe de var meget forsigtige.

På det seneste har folk været mere og mere interesserede i at reducere deres påvirkning af miljøet. En måde at gøre dette på er at holde op med at brænde brændstof til at drive biler. Der er stor interesse for at udvikle brintbrændselscelledrevne biler. Det gode ved at bruge brint som brændstof til biler er, at affaldsproduktet i modsætning til benzin ikke er en drivhusgas – det er vand!

Vidste du det?

I 2018 er der tre brintdrevne biler i produktion. Honda, Hyundai og Toyota producerer hver en brintdrevet bil.

I modsætning til Hindenburg behøver brintdrevne biler ikke at være super lette som balloner, så brændstoffet komprimeres og opbevares i meget hårde tanke for at forhindre lækager. Den bedste løsning ville være at opbevare brændstoffet som et fast stof i stedet for som en gas. Materialet kan stadig brænde som følge af en ulykke. Det er dog usandsynligt, at det vil eksplodere. Risikoen for brand ved ulykker er omtrent den samme som ved en benzindrevet bil.

Men et af de største problemer med at bruge brint som brændstofkilde til biler er opbevaring. Brint har mere energi end benzin efter vægt, men det har mindre energi efter volumen. Det betyder, at du har brug for en temmelig stor tank med brintgas for at køre bilen en rimelig distance, før du skal tanke op. Benzintankene i de fleste biler er for små til at lagre nok brintgas til at køre rundt i byen!

Forskere har undersøgt, hvordan man kan omdanne brint fra en gas til et fast stof. Grunden til dette er den lave energitæthed. Når brint absorberes i et fast kemisk stof, kan det få en højere energitæthed. Akademiske, industrielle og statslige forskere undersøger alle denne innovative måde at bringe brint frem i forreste række i energiøkonomien.