La fragilidad es uno de los mayores obstáculos que enfrenta la transición hacia una economía global del hidrógeno. Un nuevo proceso descubierto por investigadores de la Universidad de Sydney está ayudando a arrojar luz sobre cómo prevenirlo mejor.
Por qué el hidrógeno hace que los aceros se vuelvan quebradizos y se agrieten es el gran enigma de los ingenieros e investigadores que buscan desarrollar soluciones de transporte y almacenamiento a gran escala para la era del hidrógeno, una era que Australia espera liderar para 2030.
Es posible que ahora estén un paso más cerca de comprender cómo el hidrógeno afecta a los aceros, gracias a una nueva investigación de la Universidad de Sydney. Los investigadores descubrieron que agregar el elemento químico molibdeno al acero reforzado con carburos metálicos mejora notablemente su capacidad para atrapar hidrógeno.
Publicado en Comunicaciones de la Naturaleza , el hallazgo fue demostrado por un equipo dirigido por la profesora Julie Cairney, vicerrectora profesional (Investigación, Empresa y Compromiso) y el Dr. Yi-Sheng (Eason) Chen, e incluyó al Dr. Ranming Liu y al Ph.D. candidato Pang-Yu Liu.
Utilizaron una técnica de microscopía avanzada de la que fue pionera en la Universidad de Sydney, conocida como tomografía con sonda atómica criogénica, que permite la observación directa de la distribución del hidrógeno en los materiales.
"Esperamos que este estudio nos acerque a revelar exactamente por qué se produce la fragilización por hidrógeno en el acero, allanando el camino para soluciones a gran escala para el transporte y almacenamiento de hidrógeno", dijo el profesor Cairney, que trabaja en el Centro Australiano de Microscopía y Microanálisis. donde se realizó la investigación.
La fragilización por hidrógeno es un proceso mediante el cual el hidrógeno hace que los materiales de alta resistencia como el acero se vuelvan quebradizos y se agrieten. Los investigadores dicen que es uno de los mayores obstáculos para la transición a una economía del hidrógeno, ya que impide que el hidrógeno se almacene y transporte de manera efectiva a altas presiones. Esto hace que comprender y resolver la fragilidad sea una cuestión multimillonaria para el mercado de las energías renovables.
"El futuro de una economía del hidrógeno a gran escala se reduce en gran medida a esta cuestión. El hidrógeno es notoriamente insidioso; como átomo y molécula más pequeños, se filtra en los materiales, luego los agrieta y los rompe. Para poder producir, transportar y almacenar de manera efectiva y utilizar hidrógeno a gran escala, esto no es lo ideal", afirmó el Dr. Chen.
Deloitte estima que el mercado del hidrógeno limpio podría alcanzar los 1,4 billones de dólares en 2050.
Se añadió molibdeno al acero, combinado con otros elementos para formar una cerámica extremadamente dura conocida como "carburo". A menudo se añaden carburos a los aceros para aumentar su durabilidad y resistencia.
Utilizando su avanzada técnica de microscopía, los investigadores vieron que los átomos de hidrógeno atrapados estaban en el centro de los sitios de carburo, lo que sugiere que la adición de molibdeno ayuda a atrapar el hidrógeno. Esto se comparó con un acero de carburo de titanio de referencia que no mostraba el mismo mecanismo de captura de hidrógeno.
"La adición de molibdeno ayudó a aumentar la presencia de vacantes de carbono, un defecto en los carburos que puede capturar eficazmente el hidrógeno", afirmó el Dr. Chen.
El molibdeno añadido representó sólo el 0,2% del acero total, lo que, según los investigadores, lo convierte en una estrategia rentable para reducir la fragilidad. Los investigadores creen que el niobio y el vanadio también pueden tener un efecto similar en los aceros.
Más información: Pang-Yu Liu et al, Ingeniería de trampas de hidrógeno de carburo metálico en aceros, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45017-4
Proporcionado por la Universidad de Sydney
