Un equipo dirigido por el profesor Huang Mingxin del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong ha logrado avances significativos en el campo del acero inoxidable. Esta última innovación se centra en el desarrollo de un acero inoxidable diseñado específicamente para aplicaciones de hidrógeno, conocido como SS-H2. Este logro es parte del proyecto en curso "Super Steel" del profesor Huang, que ha logrado importantes resultados graduales en la creación de acero inoxidable resistente a la COVID-19 en 2021 y en el desarrollo de acero súper fuerte y súper resistente en 2017 y 2020.
El nuevo acero desarrollado por el equipo es altamente resistente a la corrosión y, por lo tanto, tiene aplicaciones potenciales en la producción de hidrógeno verde a partir de agua de mar, una nueva solución sostenible que aún está en proceso.
El rendimiento del nuevo acero en electrolizadores de agua salada es comparable a la práctica industrial actual de utilizar titanio como componentes estructurales para producir hidrógeno a partir de agua de mar desalinizada o ácido, pero el coste del nuevo acero es mucho más económico. Los hallazgos han sido publicados en la revista Materials Today. Los resultados de la investigación están actualmente solicitando patentes en varios países, dos de los cuales han sido autorizados.
Avances revolucionarios en resistencia a la corrosión
Desde su descubrimiento hace un siglo, el acero inoxidable ha sido un material importante y ampliamente utilizado en ambientes corrosivos. El cromo es un elemento importante para garantizar la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. Una película pasiva creada por la oxidación del cromo (Cr) protege el acero inoxidable en el entorno natural. Desafortunadamente, este mecanismo tradicional de pasivación única basado en cromo ha obstaculizado el desarrollo del acero inoxidable. Debido a la oxidación adicional del Cr2O3 estable en cromo hexavalente soluble, el acero inoxidable tradicional inevitablemente sufre corrosión pasiva lateral a un voltaje de aproximadamente 1000 mV (electrodo de calomelanos saturados, SCE), que es menor que el potencial requerido para la oxidación del agua de aproximadamente 1600 mV.
Por ejemplo, el acero súper inoxidable 254SMO es el punto de referencia entre las aleaciones anticorrosión a base de cromo y tiene una excelente resistencia a la corrosión por picaduras en el agua de mar; sin embargo, la corrosión por transición de fase limita su aplicación a potenciales más altos.
El equipo de investigación del profesor Huang adoptó la estrategia de "doble pasivación secuencial" para desarrollar un nuevo tipo de SS-H2 con excelente resistencia a la corrosión. Además de una única capa pasiva basada en Cr2O3, se forma una segunda capa pasiva basada en Mn sobre la capa pasiva anterior basada en Cr a ~720 mV. Este mecanismo de pasivación dual continuo evita que SS-H2 se corroa en medios de cloruro a un potencial ultra alto de 1700 mV. En comparación con el acero inoxidable tradicional, SS-H2 ha logrado un avance fundamental.
Descubrimientos inesperados y aplicaciones potenciales
"Al principio, no estábamos convencidos porque generalmente se cree que el manganeso afecta la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. La pasivación basada en manganeso era un hallazgo contrario a la intuición que no podía explicarse con el conocimiento existente de la ciencia de la corrosión. Sin embargo, cuando nos presentaron una gran cantidad de resultados a nivel atómico, nos convencimos. Además de sorprendernos, no podíamos esperar para explotar este mecanismo", dijo el Dr. Yu Kaiping, primer autor del artículo y estudiante de doctorado supervisado por el profesor Huang.
El equipo invirtió casi seis años en este trabajo, desde el descubrimiento inicial de este innovador acero inoxidable hasta lograr un gran avance en la comprensión científica y finalmente prepararlo para su publicación formal y posibles aplicaciones industriales.
"A diferencia de la actual comunidad de corrosión, que se centra principalmente en la resistencia a la corrosión en potenciales naturales, nosotros nos centramos en desarrollar aleaciones resistentes a la corrosión de alto potencial. Nuestra estrategia supera las limitaciones fundamentales de los aceros inoxidables tradicionales y establece un paradigma para el desarrollo de aleaciones adecuadas para altos potenciales. Este avance es apasionante y conduce a nuevas aplicaciones". Dijo el profesor Huang.
Actualmente, los electrolizadores para desalinizar agua de mar o agua en soluciones ácidas requieren como componentes estructurales costosos oro o titanio recubierto de platino. Por ejemplo, el costo total actual de un sistema electrolizador PEM de 10 MW es de aproximadamente 17,8 millones de dólares de Hong Kong, de los cuales los componentes estructurales representan el 53% del costo total. El avance logrado por el equipo del profesor Huang permite sustituir estos costosos componentes estructurales por acero más económico. Se estima que la aplicación de SS-H2 reducirá el costo de los materiales estructurales aproximadamente 40 veces, lo que muestra grandes perspectivas de aplicación industrial.
"Desde materiales experimentales hasta productos reales, como rejillas y espumas para electrolizadores de agua, la tarea que tenemos entre manos todavía está llena de desafíos. Actualmente, hemos dado un gran paso hacia la industrialización. Hemos cooperado con una fábrica en el continente para producir varias toneladas de alambre a base de SS-H2". El profesor Huang añadió: "Estamos trabajando para aplicar el SS-H2, más económico, a la producción de hidrógeno a partir de recursos renovables".
Fuente compilada: ScitechDaily