Menu
RSS

Buscar en todas las Noticias

El acero de próxima generación ofrece un rendimiento mejorado para el hidrógeno

0
0
0
s2sdefault
El nuevo acero inoxidable, llamado SS-H2, es altamente resistente a la corrosión, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos como electrolizadores de agua de mar para la producción de hidrógeno.
 
 
Esta innovación representa un avance significativo con respecto al acero inoxidable convencional, ya que emplea una estrategia de "pasivación dual secuencial" para una mayor durabilidad.Esta innovación representa un avance significativo con respecto al acero inoxidable convencional, ya que emplea una estrategia de "pasivación dual secuencial" para una mayor durabilidad.El desarrollo del SS-H2 podría reducir significativamente los costos de construcción y operación de instalaciones de producción de hidrógeno, con el potencial de reemplazar materiales costosos como el titanio recubierto de Au o Pt en los electrolizadores de agua.
 
Un proyecto de investigación de la Universidad de Hong Kong afirma haber logrado un nuevo avance sobre el acero inoxidable convencional y el desarrollo del acero inoxidable para hidrógeno (SS-H2).
 
El descubrimiento ha sido publicado en Materials Today en el artículo titulado "Una estrategia secuencial de pasivación dual para diseñar acero inoxidable utilizado por encima de la oxidación del agua". Los logros de la investigación están actualmente solicitando patentes en varios países, y dos de ellos ya han sido autorizados.
 
El proyecto de investigación dirigido por el profesor Mingxin Huang en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU) marca otro logro importante del equipo del profesor Huang en su proyecto 'Super Steel', tras el desarrollo del acero inoxidable anti-COVID-19 en 2021 y el Super Steel ultrarresistente y ultrarresistente en 2017 y 2020 respectivamente.
 
El nuevo acero desarrollado por el equipo presenta una alta resistencia a la corrosión, lo que permite su aplicación potencial para la producción de hidrógeno verde a partir de agua de mar, donde aún se está preparando una nueva solución sostenible.
 
El rendimiento del nuevo acero en un electrolizador de agua salada es comparable a la práctica industrial actual que utiliza titanio como piezas estructurales para producir hidrógeno a partir de agua de mar desalinizada o ácido, mientras que el costo del nuevo acero es mucho más barato.
 
Desde su descubrimiento hace un siglo, el acero inoxidable siempre ha sido un material importante y ampliamente utilizado en ambientes corrosivos. El cromo es un elemento esencial para establecer la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. Una película pasiva se genera a través de la oxidación del cromo (Cr) y protege el acero inoxidable en entornos naturales.
 
Desafortunadamente, este mecanismo convencional de pasivación simple basado en Cr ha detenido el avance del acero inoxidable.
 
Debido a la oxidación adicional del Cr 2O3 estable en especies solubles de Cr (VI), la corrosión transpasiva ocurre inevitablemente en el acero inoxidable convencional a ~ 1000 mV (electrodo de calomel saturado, SCE), que está por debajo del potencial requerido para la oxidación del agua a ~ 1600 mV.
 
El súper acero inoxidable 254SMO, por ejemplo, es un punto de referencia entre las aleaciones anticorrosión a base de Cr y tiene una resistencia superior a las picaduras en el agua de mar; sin embargo, la corrosión transpasiva limita su aplicación a potenciales más altos.
 
Mediante el uso de una estrategia de "pasivación dual secuencial", el equipo de investigación del profesor Huang desarrolló el nuevo SS-H2 con una resistencia superior a la corrosión.
 
Además de la capa pasiva única basada en Cr 2O3, se forma una capa secundaria basada en Mn en la capa anterior basada en Cr a ~720 mV. El mecanismo secuencial de pasivación dual evita que el SS-H2 se corroa en medios de cloruro a un potencial ultra alto de 1700 mV. El SS-H2 demuestra un avance fundamental con respecto al acero inoxidable convencional.
 
"Inicialmente, no lo creímos porque la opinión predominante es que el manganeso perjudica la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La pasivación basada en manganeso es un descubrimiento contrario a la intuición, que no puede explicarse por el conocimiento actual en la ciencia de la corrosión. Sin embargo, cuando se presentaron numerosos resultados a nivel atómico, nos convencieron. Más allá de sorprendernos, estamos ansiosos por explotar el mecanismo", dijo el Dr. Kaiping Yu, primer autor del artículo, cuyo doctorado es supervisado por el profesor Huang.
Desde el descubrimiento inicial del innovador acero inoxidable hasta lograr un gran avance en la comprensión científica y, en última instancia, prepararse para la publicación oficial y, con suerte, su aplicación industrial, el equipo dedicó casi seis años al trabajo.
 
"A diferencia de la comunidad actual de corrosión, que se centra principalmente en la resistencia a potenciales naturales, nos especializamos en el desarrollo de aleaciones resistentes a alto potencial. Nuestra estrategia superó la limitación fundamental del acero inoxidable convencional y estableció un paradigma para el desarrollo de aleaciones aplicable a altos potenciales. Este avance es emocionante y trae nuevas aplicaciones". Dijo el profesor Huang.
 
En la actualidad, para el electrolizador de agua en agua de mar desalinizada o soluciones ácidas, se requiere Ti recubierto de Au o Pt costoso para los componentes estructurales.
 
Por ejemplo, el costo total de un sistema de tanque de electrólisis PEM de 10 megavatios en su etapa actual es de aproximadamente 17,8 millones de dólares de Hong Kong, y los componentes estructurales contribuyen hasta el 53% del gasto total.
 
El avance realizado por el equipo del profesor Huang permite reemplazar estos costosos componentes estructurales con acero de manera más económica.
 
Según las estimaciones, se espera que el empleo de SS-H2 reduzca el costo del material estructural en aproximadamente 40 veces, lo que demuestra un gran primer plano de aplicaciones industriales.
 
"Desde materiales experimentales hasta productos reales, como mallas y espumas, para electrolizadores de agua, todavía hay tareas desafiantes por delante. Actualmente, hemos dado un gran paso hacia la industrialización. Se han producido toneladas de alambre a base de SS-H2 en colaboración con una fábrica del continente. Estamos avanzando en la aplicación del SS-H 2 más económico en la producción de hidrógeno a partir de fuentes renovables", añadió el profesor Huang.
 
Esto parece una mejora real para el uso del acero en la producción de hidrógeno. Los ahorros en el establecimiento de una planta de producción podrían reducirse enormemente.
 
Pero los riesgos involucrados tanto en las finanzas como en la seguridad son sustanciales y van a exigir algunas pruebas intensas antes de que los ingenieros responsables hagan un cambio. Eso no quiere decir que algunos ejecutivos puedan sumergirse de todos modos y probar con dinero y vidas reales.
 
Lo que se espera es un acero con muy baja permeabilidad y porosidad a H o H2. Lo mejor de todo es que esas pruebas ofrecerían una solución de alta presión para el procesamiento y el almacenamiento.
 
El progreso es lento. Tratar de contener el elemento más pequeño del universo va a ser un gran problema cuando finalmente ocurra el éxito.
 
Por Brian Westenhaus vía New Energy and Fuel