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Nuevo acero inoxidable desarrollado por la Universidad de Hong Kong resiste la corrosión en agua de mar, crea una segunda capa protectora con manganeso y puede reducir los costos de los electrolizadores utilizados en la producción de hidrógeno verde a gran escala.
La innovación en acero inoxidable de la Universidad de Hong Kong, la HKU, apunta a un punto crítico del hidrógeno verde: crear electrolizadores capaces de resistir el agua de mar sin materiales estructurales caros. El equipo creó el SS-H₂, un material resistente a la corrosión en ambientes agresivos.
El descubrimiento fue reportado en la revista Materials Today, “Una estrategia secuencial de doble pasivación para el desarrollo de acero inoxidable utilizado por encima de la oxidación en agua”. También deriva del proyecto “Súper Acero”, que produjo acero inoxidable anti-COVID-19 en 2021 y versiones ultrarresistentes en 2017 y 2020.
El acero inoxidable puede reducir costos
El hidrógeno verde se obtiene con electricidad para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. El agua de mar es abundante, pero la sal, los iones de cloruro, las reacciones secundarias y la corrosión pueden dañar los componentes del electrolizador.
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En agua salada, el equipo verificó un rendimiento comparable al de los materiales a base de titanio utilizados para el hidrógeno a partir de agua desalinizada o ácido. La diferencia radica en el costo, ya que las piezas de titanio recubiertas con oro o platino son caras.
Para un sistema PEM de 10 megavatios, el costo total se estimó en HK$ 17,8 millones. Los componentes estructurales representaban hasta el 53% de ese gasto, y la sustitución por SS-H₂ podría reducir ese costo en aproximadamente 40 veces.
¿Por qué falla el acero común?
El acero inoxidable se utiliza desde hace más de un siglo en ambientes corrosivos debido a la autoprotección generada por el cromo. Cuando el cromo se oxida, forma una fina película pasiva, capaz de proteger el acero contra daños.
Esta protección tiene un límite intrínseco. En el acero inoxidable convencional, la capa de óxido de cromo puede romperse a altos potenciales, con el Cr₂O₃ oxidado en especies solubles de Cr(VI), provocando corrosión transpasiva alrededor de 1000 mV, por debajo de los 1600 mV necesarios para la oxidación del agua.
Incluso el 254SMO, una aleación de cromo de referencia por su resistencia a la corrosión por picaduras en agua de mar, alcanza este límite de alta tensión. Funciona en ambientes marinos comunes, pero la producción de hidrógeno crea un ambiente electroquímico extremo.
El segundo escudo sorprendió a los investigadores
La solución de la HKU fue llamada pasivación doble secuencial. En lugar de depender solo de la barrera de Cr₂O₃, el SS-H₂ forma una segunda capa protectora.
Primero aparece la película pasiva a base de Cr₂O₃. Luego, alrededor de 720 mV, se forma una capa a base de manganeso sobre la capa de cromo, protegiendo el acero en ambientes con cloruros hasta 1700 mV.
El descubrimiento sorprendió porque el manganeso no era visto como un aliado de la resistencia a la corrosión. El Dr. Kaiping Yu, primer autor, afirmó que el equipo no creyó en los resultados, ya que la visión predominante era que el Mn perjudicaba el acero inoxidable.
Yu afirmó que la pasivación a base de Mn es contraintuitiva y no puede explicarse por el conocimiento actual en ciencia de la corrosión. El equipo se convenció tras los resultados atómicos y pasó a buscar el mecanismo.
Seis años hasta la aplicación industrial
El avance requirió casi seis años entre la observación inicial, la explicación científica, la publicación y el uso industrial potencial. Huang afirmó que la estrategia superó la limitación fundamental del acero inoxidable convencional y estableció un nuevo paradigma para aleaciones aplicables a altos potenciales.
Los logros fueron sometidos a solicitudes de patente en diversos países, y dos patentes ya habían sido concedidas en el anuncio de la HKU. El equipo informó que se produjeron toneladas de alambre a base de SS-H₂ con una fábrica de China continental.
Huang reconoció que transformar materiales experimentales en productos reales, como pantallas y espumas, aún exige tareas desafiantes. Aun así, afirmó que la producción del alambre representa un gran paso hacia la industrialización y la aplicación del SS-H₂ en la producción de hidrógeno renovable.
El avance aún depende de la ingeniería
Aunque el estudio fue publicado en 2023, el problema sigue siendo relevante. Investigaciones recientes continúan enfocadas en materiales resistentes a la corrosión, electrodos duraderos, supresión de cloro y sistemas capaces de operar con agua de mar real.
El SS-H₂ aún no es una solución lista para la economía del hidrógeno. Su potencial radica en reemplazar componentes caros a base de titanio por acero inoxidable resistente al alto voltaje en agua de mar, abriendo el camino para una producción más barata y escalable.
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