Вчені створили «суперсталь», яка може здешевити зелений водень у 40 разів
Вчені з Гонконзького університету створили новий вид нержавіючої сталі, здатний витримувати екстремально агресивні умови, у яких звичайні сталі швидко втрачають стійкість, пише Science Daily.
Матеріал отримав назву SS-H₂ і може стати дешевшою альтернативою титану в обладнанні для виробництва зеленого водню.
Найцікавіше — за оцінками дослідників, використання нової сталі може зменшити витрати на конструкційні матеріали приблизно у 40 разів.
Сталь, яка не боїться морської води
Зелений водень отримують за допомогою електролізу — процесу, під час якого електроенергія розділяє воду на водень та кисень.
Якщо для цього використовувати електроенергію з відновлюваних джерел, отриманий водень називають зеленим.
Однак є проблема: обладнання для електролізу працює в надзвичайно агресивному середовищі.
Особливо складними є системи, які використовують морську воду. Висока концентрація солей створює додаткове корозійне навантаження, через що виробникам доводиться застосовувати дорогі матеріали, зокрема титан.
Саме цю проблему намагалися вирішити дослідники Гонконзького університету.
Чому звичайна нержавіюча сталь не підходила
Нержавіюча сталь отримує свою стійкість до корозії завдяки хрому.
На поверхні металу формується надзвичайно тонкий захисний шар оксиду хрому. Він фактично ізолює сталь від навколишнього середовища та не дозволяє корозії швидко поширюватися.
Але під час електролізу виникає інша проблема.
Для реакцій, необхідних при розщепленні води, потрібна дуже висока електрична напруга. За таких умов захисний шар звичайної нержавіючої сталі може почати руйнуватися.
Підписуйтеся на наші соцмережі
У результаті метал втрачає корозійну стійкість саме тоді, коли вона найбільше потрібна.
Навіть високоякісні суперсталі, які добре протистоять морській воді, мають аналогічне обмеження.
Вчені додали другий «щит»
Команда професора Мінсіня Хуана знайшла незвичайний спосіб вирішити проблему.
Нова SS-H₂ формує не один, а два захисні шари.
Перший працює за традиційним принципом — його основою є оксид хрому.
А ось другий шар формується завдяки марганцю.
Це стало несподіванкою для самих учених, адже марганець традиційно не вважався елементом, який може покращувати корозійну стійкість сталі в таких умовах.
Саме тому дослідники назвали відкриття контрінтуїтивним.
У результаті подвійна система захисту дозволила SS-H₂ протистояти корозії у середовищі з хлоридами при потенціалах до 1700 мВ.
Це вище за рівень, необхідний для реакції окислення води під час електролізу.
Найцікавіше — економія
Технологічний потенціал нового матеріалу полягає не лише в його міцності.
SS-H₂ може бути значно дешевшою за матеріали, які використовуються зараз.
У сучасних системах електролізу частину конструкцій можуть виготовляти з титану, а деякі компоненти додатково покривати дорогоцінними металами — наприклад, золотом або платиною.
За оцінкою дослідників, у системі PEM-електролізу потужністю 10 МВт загальна вартість може становити близько 17,8 млн гонконзьких доларів.
При цьому на конструкційні компоненти може припадати до 53% вартості всієї системи.
Саме тут нова сталь може дати найбільший економічний ефект.
За розрахунками команди, вартість конструкційних матеріалів потенційно можна знизити приблизно у 40 разів.
Водень можна буде виробляти з морської води?
Одна з найцікавіших перспектив SS-H₂ — використання матеріалу в системах, які працюють із морською водою.
Сьогодні для виробництва зеленого водню часто необхідно додатково очищати воду, оскільки солі та інші домішки можуть пошкоджувати обладнання або створювати небажані хімічні реакції.
Якщо ж електролізери зможуть ефективно працювати з морською водою, це потенційно відкриє доступ до практично невичерпного джерела сировини.
Особливо важливим це може бути для країн із великим узбережжям і значними потужностями сонячної та вітрової енергетики.
«Суперсталь» уже намагаються масштабувати
До промислового використання матеріалу ще далеко.
У лабораторії можна продемонструвати стійкість невеликого зразка, але реальні електролізери потребують складніших компонентів — металевих сіток, піноматеріалів та інших конструкцій.
Проте розробники вже почали рух у бік масштабування технології.
За словами команди, вже вироблено тонни дроту на основі SS-H₂ у співпраці з промисловим підприємством.
Наступний етап — перетворити новий матеріал на компоненти, які можна буде використовувати у промислових електролізерах.