«فولاد فوق‌العاده» جدید، هزینه تجهیزات تولید هیدروژن سبز را ۴۰ برابر کاهش می‌دهد

در ولتاژ ۱۶۰۰ میلی‌ولت، که برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن مورد نیاز است، فولاد ضدزنگ معمولی در یک محلول نمکی خورنده حل می‌شود. برای بقا در این محیط الکتروشیمیایی خشن، صنعت انرژی پاک دهه‌هاست که به قطعات تیتانیومی با روکش پلاتین یا طلا تکیه کرده است. اما یک آلیاژ جدید که در دانشگاه هنگ کنگ (HKU) توسعه یافته است، با استفاده از مکانیزمی که دانشمندان مواد قبلاً آن را غیرممکن می‌دانستند، این مانع ولتاژی را پشت سر گذاشته است.[1][2][3][5]

این ماده که SS-H2 (فولاد ضدزنگ برای هیدروژن) نامیده می‌شود، بدون تخریب در شرایط سخت الکترولیز مستقیم آب دریا دوام می‌آورد. با جایگزینی تیتانیوم با این فولاد مهندسی‌شده، هزینه‌های مواد ساختاری برای یک الکترولایزر استاندارد ۱۰ مگاواتی تقریباً ۴۰ برابر کاهش می‌یابد.[1][3]

برای درک اهمیت این موضوع، باید به گلوگاهی نگاه کرد که اقتصاد هیدروژن سبز را خفه کرده است. در حالی که هیدروژن یک سوخت پاک‌سوز است، تقریباً تمام آن در حال حاضر از گاز طبیعی تولید می‌شود زیرا الکترولیز پاک بسیار گران است. آب دریا منبع اولیه ایده‌آل و فراوانی است، اما محتوای کلرید بالای آن به شدت به الکترودهای فلزی حمله می‌کند.[2][4]

فولاد ضدزنگ معمولی با یک لایه نازک از اکسید کروم از خود محافظت می‌کند. با این حال، در آب نمک، این لایه محافظ در حدود ۱۰۰۰ میلی‌ولت شروع به تجزیه می‌کند. از آنجایی که اکسیداسیون کارآمد آب نیاز به رساندن سیستم به ۱۶۰۰ میلی‌ولت دارد، سپر کرومی مدت‌ها قبل از اینکه هیدروژن در مقیاس بزرگ تولید شود، از کار می‌افتد.[3][4][5]

تیم HKU، به رهبری پروفسور مینگ‌شین هوانگ، با مهندسی فولادی که زره پشتیبان خود را می‌سازد، این محدودیت را دور زد. این آلیاژ از فرآیندی استفاده می‌کند که آن را «غیرفعال‌سازی دوگانه متوالی» می‌نامند و نحوه محافظت فلز از خود را در شرایط عملیاتی تغییر می‌دهد.[1][2][3]

با افزایش ولتاژ و به خطر افتادن لایه اولیه مبتنی بر کروم، یک لایه ثانویه مبتنی بر منگنز در حدود ۷۲۰ میلی‌ولت روی سطح ظاهر می‌شود. این سپر ثانویه به طور فعال یون‌های کلرید را دفع می‌کند و تا ۱۷۰۰ میلی‌ولت پایدار باقی می‌ماند و آستانه تجزیه آب را به طور ایمن پوشش می‌دهد.[1][3][5]

این کشف کاملاً خلاف شهود است. در علم خوردگی سنتی، منگنز عموماً به عنوان یک نقطه ضعف در نظر گرفته می‌شود که مقاومت فولاد ضدزنگ در برابر خوردگی را مختل می‌کند. با این حال، تیم HKU در سطح اتمی ثابت کرد که این فرمولاسیون خاص از منگنز برای تشکیل یک سد ثانویه قوی استفاده می‌کند.[2][3]

پیامدهای اقتصادی جایگزینی تیتانیوم با فولاد بسیار گسترده است. در یک سیستم الکترولیز غشای تبادل پروتون (PEM) معمولی ۱۰ مگاواتی، قطعات ساختاری تا ۵۳ درصد از کل هزینه‌های سرمایه‌ای را تشکیل می‌دهند. کاهش ۴۰ برابری این بخش خاص، اساساً محاسبات پروژه‌های بزرگ هیدروژن سبز را بازنویسی می‌کند.[1][3]

در حالی که نتایج آزمایشگاهی چشمگیر هستند، دوام طولانی‌مدت این ماده در سیستم‌های صنعتی واقعی و نوسان‌دار هنوز باید ثابت شود. حوزه الکترولیز آب دریا به دلیل دشواری شهرت دارد، و چالش‌های آن فراتر از خوردگی، شامل تخریب کاتالیزور و واکنش‌های جانبی گاز کلر نیز می‌شود.[2][3][4]

با این حال، گذار از یک کنجکاوی آزمایشگاهی به یک محصول صنعتی در حال انجام است. تیم HKU چندین حق ثبت اختراع را تضمین کرده و با یک کارخانه در سرزمین اصلی چین برای تولید تُن‌ها سیم SS-H2 همکاری کرده است. اگر این مقیاس‌بندی با موفقیت انجام شود، صنعت هیدروژن سبز ممکن است سرانجام زیرساخت ارزان و قابل تولید انبوهی را که برای رقابت با سوخت‌های فسیلی نیاز دارد، به دست آورد.[1][4][5]