Honkonq Universitetinin (HKU) bir qrupu ənənəvi paslanmayan poladın əsas məhdudiyyətini aradan qaldıra və yaşıl hidrogen istehsalının maya dəyərini potensial olaraq aşağı sala biləcək yeni bir paslanmayan polad növü hazırlayıb.

HKU-nun Mexanika Mühəndisliyi kafedrasının professoru Mingxin Huangın rəhbərliyi ilə tədqiqatçılar adi paslanmayan poladın tab gətirə bilmədiyi şəraitdə şiddətli korroziyaya davamlı olmaq üçün hazırlanmış hidrogen üçün paslanmayan polad (SS-H2) _{yaratdılar .}

Bu irəliləyiş Huangın “Super Polad” Layihəsinin son nəticəsidir. Onun komandası əvvəllər 2021-ci ildə COVID əleyhinə xüsusiyyətlərə malik paslanmayan polad, 2017 və 2020-ci illərdə isə Super Poladın olduqca möhkəm və möhkəm formalarını hazırlamışdı.

Yaşıl Hidrogen üçün Yeni Polad

SS-H2 _korroziyaya davamlılığına görə xüsusilə perspektivlidir. Bu xüsusiyyət onu dəniz suyundan istifadə edərək yaşıl hidrogen istehsal edən sistemlərdə faydalı edə bilər, çünki tədqiqatçılar hələ də praktik və davamlı texnologiyalar axtarırlar.

Hidrogen, elektrik enerjisindən istifadə edərək suyu hidrogen və oksigenə parçalayan elektroliz yolu ilə istehsal edilə bilər. Bu elektrik enerjisi bərpa olunan enerjidən gəldikdə, yaranan yanacaq çox vaxt yaşıl hidrogen kimi təsvir edilir. Lakin elektroliz üçün istifadə olunan avadanlıq, xüsusən də duzun iştirak etdiyi hallarda, çətin kimyəvi və elektrik şəraitinə davam gətirməlidir.

Duzlu su elektrolizatorunda yeni polad, hazırda duzsuzlaşdırılmış dəniz suyu və ya turşu məhlullarından hidrogen istehsal etmək üçün istifadə olunan titan struktur komponentləri ilə müqayisə edilə bilən performans təmin etdi. Əsas fərq qiymətdir. SS-H2 _xeyli ucuzdur.

Nəticələr Materials Today jurnalında “Suyun oksidləşməsindən yuxarıda istifadə olunan paslanmayan poladın dizaynı üçün ardıcıl ikili passivasiya strategiyası” adlı bir araşdırmada dərc edilib. Tədqiqatçılar bir neçə ölkədə texnologiyanı əhatə edən patentlərə müraciət ediblər və artıq iki patent təsdiqlənib.

Niyə Adi Paslanmayan Poladın Bir Məhdudiyyəti Var

Paslanmayan polad təxminən bir əsrdir ki, istifadə olunur və korroziyanın narahatlıq doğuran sahələrində ən vacib materiallardan birinə çevrilib. Onun davamlılığının böyük hissəsi xromdan qaynaqlanır.

Poladdakı xrom (Cr) ətraf mühitlə reaksiyaya girdikdə, səthdə nazik qoruyucu təbəqə əmələ gətirir. Bu passiv təbəqə altındakı metalın korroziyaya uğramasının qarşısını alır.

Lakin, ənənəvi paslanmayan poladlar üçün bu qorunmanın mühüm bir həddi var.

Qoruyucu xrom oksidi olan Cr2O3 _{daha da oksidləşə və həll olan Cr(VI) növləri əmələ gətirə bilər. Bu baş verdikdən sonra səth transpassiv} korroziya adlanan parçalanma formasına keçə bilər.

Ənənəvi paslanmayan poladda bu proses təxminən ~1000 mV-da (doymuş kalomel elektrod, SCE) baş verə bilər. Elektroliz zamanı vacib bir reaksiya olan suyun oksidləşməsi təxminən ~1600 mV-a bərabər daha yüksək potensial tələb edir. Bu uyğunsuzluq ənənəvi paslanmayan poladın bəzi yüksək gərginlikli elektrokimyəvi tətbiqlərdə effektiv istifadəsinin qarşısını almışdır.

Hətta dəniz suyunda çökməyə qarşı əla müqavimət göstərən və xrom əsaslı korroziyaya davamlı ərintisi hesab edilən 254SMO super paslanmayan polad belə bu problemlə üzləşir. Elektrik potensialı kifayət qədər yüksək olduqda onun korroziyaya qarşı müqaviməti azalır.

Təəccüblü İkinci Qoruyucu Təbəqə

Huangın qrupu, tədqiqatçıların “ardıcıl ikili passivasiya” adlandırdığı şeydən istifadə edərək, uzun müddətdir mövcud olan bu məhdudiyyəti aradan qaldırmağın yolunu tapdı.

_{SS- H2} yalnız ənənəvi qoruyucu xrom oksid təbəqəsinə etibar etmək əvəzinə, onun üzərində başqa bir qoruyucu təbəqə əmələ gətirir. Bu ikinci təbəqə manqan əsaslıdır və təxminən ~720 mV-da əmələ gəlməyə başlayır.

İki təbəqə birlikdə poladın 1700 mV-a çatan potensiallarda xlorid tərkibli mühitlərdə korroziyaya davamlı olmasına imkan verir. Dəniz suyunda bol olan xloridlər bir çox metallara qarşı xüsusilə aqressivdir və lokal korroziyaya səbəb ola bilər.

1700 mV-a çatmaq vacibdir, çünki bu, materialı suyun oksidləşməsi üçün lazım olan potensialdan kənara çıxarır. Buna görə də tədqiqatçılar SS-H2 _-ni ənənəvi paslanmayan poladdan fundamental bir irəliləyiş kimi görürlər.

Nəticəni xüsusilə təəccübləndirən şey manqanın oynadığı roldur. Ənənəvi olaraq, manqanın paslanmayan poladın korroziyaya davamlılığına zərərli olduğu düşünülür.

“Əvvəlcə biz buna inanmadıq, çünki Mn-in paslanmayan poladın korroziyaya davamlılığını zəiflətdiyinə dair geniş yayılmış fikir var. Mn əsaslı passivləşmə, korroziya elmindəki mövcud biliklərlə izah edilə bilməyən əks-intuitiv bir kəşfdir. Lakin, çoxsaylı atom səviyyəli nəticələr təqdim edildikdə, biz buna əmin olduq. Təəccüblənməkdən başqa, mexanizmi istismar etmək üçün səbirsizliklə gözləyirik”, – deyə tədqiqatın ilk müəllifi, doktorluq dərəcəsinə professor Huangın rəhbərlik etdiyi Dr. Kaiping Yu bildirib.

Təxminən Altı İllik Tədqiqat

Layihə təxminən altı il çəkdi və qeyri-adi poladın kəşfi ilə başladı və atom səviyyəsində niyə bu şəkildə davrandığını anlamaq səyləri ilə davam etdi. İş nəticədə nəşrə və mümkün sənaye istifadəsinə doğru irəlilədi.

Huangın qrupu, əsasən ərintilərin adi şəraitdə korroziyaya necə müqavimət göstərdiyinə diqqət yetirmək əvəzinə, daha yüksək elektrik potensiallarında sabit qalan materialların hazırlanmasına diqqət yetirib.

“Əsasən təbii potensiallarda müqavimətə diqqət yetirən hazırkı korroziya icmasından fərqli olaraq, biz yüksək potensiala davamlı ərintilərin hazırlanmasında ixtisaslaşmışıq. Strategiyamız ənənəvi paslanmayan poladın fundamental məhdudiyyətini aradan qaldırdı və yüksək potensiallarda tətbiq olunan ərintilərin inkişafı üçün bir paradiqma yaratdı. Bu irəliləyiş həyəcanvericidir və yeni tətbiqlər gətirir”, – professor Huanq dedi.

Material Xərclərində Potensial 40 Qat Azalma

İqtisadi təsirlər əhəmiyyətli ola bilər.

Duzsuzlaşdırılmış dəniz suyu və ya turşu məhlulları ilə işləyən elektrolizatorlar hazırda qızıl və ya platinlə örtülmüş bahalı titan komponentləri tələb edir. Bu materiallar elektroliz sisteminin dəyərinin böyük bir hissəsini təşkil edə bilər.

Tədqiqatçıların fikrincə, 10 meqavatlıq PEM elektroliz çən sisteminin qiyməti hazırda təxminən 17,8 milyon Honq Konq dollarıdır. PEM, suyu hidrogen və oksigenə ayırmaq üçün elektrik enerjisi ilə işləyən membran sistemindən istifadə edən bir texnologiya olan proton mübadiləsi membran elektrolizinə aiddir.

Struktur komponentlər ümumi sistem dəyərinin 53%-ni təşkil edə bilər.

Tədqiqatçılar hesab edirlər ki, SS-H ₂ bu bahalı komponentlərin bəzilərini daha qənaətcil poladla əvəz edə bilər. Onların hesablamalarına görə, yeni materialdan istifadə struktur materiallarının qiymətini təxminən 40 dəfə azalda bilər və bu da ona sənaye hidrogen istehsalı üçün əhəmiyyətli potensial verə bilər.

Laboratoriyadan Sənayeyə Keçid

Materialın geniş şəkildə tətbiq olunmasından əvvəl mühüm mühəndislik çətinlikləri qalır. Elektrolizatorlar metal torlar və köpüklər kimi praktik formalarda komponentlər tələb edir, buna görə də təkcə laboratoriya performansı kifayət deyil.

Buna baxmayaraq, tədqiqatçılar SS-H _2- ni genişmiqyaslı istehsala doğru irəlilətməyə başlayıblar.

Professor Huanq əlavə edib ki, “Təcrübə materiallarından tutmuş su elektrolizatorları üçün torlar və köpüklər kimi real məhsullara qədər hələ də çətin vəzifələr mövcuddur. Hazırda sənayeləşmə istiqamətində böyük bir addım atmışıq. Materikdən olan bir fabriklə əməkdaşlıq çərçivəsində tonlarla SS-H2 _əsaslı məftil istehsal olunub. Bərpa olunan mənbələrdən hidrogen istehsalında daha qənaətcil SS- _H2- ni tətbiq etmək istiqamətində irəliləyirik “.

Yüksək korroziyaya davamlılıq və daha aşağı material xərclərinin birləşməsi, kommersiya elektrolizatorlarında etibarlı şəkildə işlədiyi təqdirdə, SS-H2-ni xüsusilə dəyərli edə bilər _. Texnologiya eksperimental poladdan sənaye komponentlərinə uğurla keçid edərsə, bərpa olunan enerji və dəniz suyundan yaşıl hidrogen istehsalı üçün daha ucuz bir yol təmin edə bilər.