Fig. 1. Distribuzione totale dell'idrogeno nell'acciaio dopo un carico di deformazione a trazione del 3% corrispondente alla pressione dell'idrogeno di (a) 1 bar, (b) 100 bar, (c) 200 bar e (d) 1000 bar. Credito:Università di tecnologia di Delft
L'idrogeno è considerato un importante vettore energetico con il potenziale per rimodellare il panorama energetico in futuro. La distribuzione di grandi quantità di idrogeno richiede tubazioni in acciaio sicure. Le tubazioni in acciaio possono diventare fragili a causa dell'idrogeno e quindi possono rompersi. Affascinato da questo urgente problema, Carey Walters (MTT), Othon Moultos (P&E) e Poulumi Dey (MSE) hanno unito le forze e si sono rivolti al programma di coesione per lavorare insieme su questo.
Hanno collaborato con Abdelrahman Hussein e Gagus Ketut per indagare sulla causa della fragilità, e ottenere nuove intuizioni sui complessi fenomeni fisici sottostanti. I loro risultati mirano a migliorare lo stoccaggio, distribuzione e fruibilità dell'idrogeno. I risultati sono stati recentemente pubblicati ad accesso libero in Acta Materialia e il Giornale internazionale dell'energia dell'idrogeno .
Othon Moutos, assistente professore di ingegneria termodinamica, dice, "Poulumi, Carey ed io abbiamo lavorato per un po' di tempo sul problema dello stoccaggio e della distribuzione dell'idrogeno, anche se a scale diverse. Riunendo la nostra esperienza nei diversi campi della tecnologia marittima, la scienza dei materiali e la tecnologia dei processi sembravano una mossa logica. Di conseguenza, siamo stati in grado di studiare l'idrogeno e la sua distribuzione a livello multiscala, che vanno dall'atomistico fino alla macroscala. Abbiamo acquisito conoscenze utili sullo stoccaggio efficiente e sulla resistenza degli acciai altoresistenziali all'infragilimento da idrogeno. La nostra ricerca ha anche motivato la preparazione di una nuova proposta NWO che è supportata da importanti attori industriali nella distribuzione dell'idrogeno. Questo progetto di coesione sta certamente gettando le basi per una partnership più ampia e duratura".
Abdelrahman Hussein, postdoc in strutture navali e offshore, dice, "Abbiamo usato l'RVE e la plasticità dei cristalli per mostrare come le sollecitazioni micromeccaniche accumulano idrogeno ai bordi dei grani. Mostriamo anche come l'aumento della resistenza allo snervamento si traduce in una maggiore localizzazione dell'idrogeno, aumentando la suscettibilità al danno. Questa struttura virtuale può aumentare la nostra comprensione dell'infragilimento da idrogeno e accelerare lo sviluppo di leghe resistenti all'idrogeno".
Fig. 2. Istantanee di simulazione di dinamica molecolare della concentrazione di stress, rottura del legame, nucleazione e crescita di cricche a 300 K in un singolo posto vacante contenente foglio di grafene con il bordo vacante funzionalizzato con sei atomi di idrogeno. Gli atomi di carbonio e idrogeno sono colorati secondo le corrispondenti sollecitazioni atomiche. (a) Distribuzione delle sollecitazioni nel foglio di grafene idrogenato prima della rottura del legame. Gli orientamenti degli atomi di idrogeno sono indicati con "U" per su, "D" per giù e "SD" per leggermente giù. (b) Rottura dei legami C–C ibridati sp2 vicino alla vacanza idrogenata. (c) Crescita di crepe lungo la direzione y originata dalla vacanza idrogenata. (d) Il successivo distacco dei legami C–C ibridi sp2 lungo la direzione della poltrona che porta alla frattura del foglio di grafene. Credito:Università di tecnologia di Delft