鉄や鋼など、一部の金属では材料中に水素の侵入を受ける事で脆化（脆く壊れやすくなる）することが知られています。 このような現象を「水素脆化」と呼ばれています。普段、私たちの身の回りに大量の水素ガスがあるわけではないので、水素脆化は身近な現象ではありません。 しかし、製鉄所や石油精製施設、燃料電池自動車など水素ガスが発生したり利用したりする場所では大きな問題になります。 ところが、なぜ水素脆化するかは明確には分かっていません。もう少し専門的な話をすると、水素脆化のメカニズムは材料や条件によって複数存在しているのではないかと考えられますが、その条件が非常に複雑で統一的な考え方が確立していません。 鉄は安くて丈夫な金属で、様々な用途に用いられます。鉄や鋼の水素脆化を防止するための技術は、社会の安全や安心にとって重要な課題です。

水素ガスは金属の表面で乖離し水素原子になって材料中に侵入すると考えられています（あるいは水素イオンが金属表面で水素原子となって侵入）。 この「原子の侵入」というのが分かりにくいと思います。水素原子はこの世で最も小さい原子です。周期表でも一番最初に出てきます。 一方、鉄などの金属原子も常温の個体では規則正しく結合してはいますが、原子を球体だと考えればどうしても隙間は存在します。 そのわずかな隙間に水素が潜り込むと想像してください。表面から入った水素は、金属の中に潜り込むように広がり、金属内の水素濃度は上昇していきます。 このような現象を水素拡散と呼んでいます。 そしてこの水素拡散には材料に加わっている「力や変形」が関与していることが分かっています。

水素脆化のメカニズムは未解明でも、水素があると脆化して水素が無くなると元の性質に戻ることは分かっています。 水素の有無（濃度）が水素脆化防止の重要ポイントなのです。しかし、この世で最も小さい水素原子は、顕微鏡で直接観察することができません。 そこで、数値解析（コンピュータシミュレーション）を使って「どんな場合に、どこに、どれだけ、水素があるかをい予測する」という研究をしています。 プログラムは自分たちで作成し改良を重ねたものです。機械工学科でもプログラミングはとても重要なスキルです。

実際に、どのくらい水素によって金属の強度が低下するのかを調べるために金属の疲労試験を行っています。 実験に使う試験片に、化学反応を使って水素原子を充填・封入し、大機中で疲労試験を行います。 この実験では、疲労き裂成長速度を計測・評価します。金属疲労では、モノは一気に壊れるのではなくジワジワとき裂が伸びていくのです。 水素があると10～100倍程度来てるが伸びるスピードが増加します。

水素脆化の研究の歴史はかなり古く、それでも答えが分かっていない問題です。 この研究成果の身近な貢献例としては、「水素ステーションの水素畜圧器」の安全性向上が分かりやすいでしょう。 燃料電池自動車やそれに水素を供給するための水素ステーションはかなり丈夫に安全に作られています。 しかし水素脆化のメカニズムがはっきりしていないので、物凄く余計に安全に作っています。 安全なだけならいいのですがその分コストがかかります。これは水素社会の普及にはマイナス要因です。 大見研究室は、安全で・安心で・経済的で・持続可能なクリーンエネルギーの普及に貢献しています。