L’infragilimento è uno dei maggiori ostacoli alla transizione verso un’economia globale dell’idrogeno. Un nuovo processo scoperto dai ricercatori dell'Università di Sydney sta aiutando a far luce su come prevenirlo meglio.
Perché l'idrogeno provoca la fragilità e la rottura degli acciai è il grande enigma di ingegneri e ricercatori che cercano di sviluppare soluzioni di trasporto e stoccaggio su larga scala per l'era dell'idrogeno, un'era che l'Australia spera di guidare entro il 2030.
Ora potrebbero essere un passo avanti verso la comprensione degli effetti dell’idrogeno sugli acciai, grazie alla nuova ricerca dell’Università di Sydney. I ricercatori hanno scoperto che l'aggiunta dell'elemento chimico molibdeno all'acciaio rinforzato con carburi metallici ne aumenta notevolmente la capacità di intrappolare l'idrogeno.
Pubblicato in Comunicazioni sulla natura , la scoperta è stata dimostrata da un team guidato dalla professoressa Julie Cairney, vicecancelliere professionista (Ricerca, impresa e impegno), e dal dottor Yi-Sheng (Eason) Chen, e comprendeva il dottor Ranming Liu e il dottorando Ph.D. candidato Pang-Yu Liu.
Hanno utilizzato una tecnica microscopica avanzata sperimentata all'Università di Sydney, nota come tomografia con sonda atomica criogenica, che consente l'osservazione diretta della distribuzione dell'idrogeno nei materiali.
"Speriamo che questo studio ci avvicini a rivelare esattamente il motivo per cui si verifica l'infragilimento da idrogeno nell'acciaio, aprendo la strada a soluzioni su larga scala per il trasporto e lo stoccaggio dell'idrogeno", ha affermato il professor Cairney, che lavora presso il Centro australiano di microscopia e microanalisi, dove è stata condotta la ricerca.
L'infragilimento da idrogeno è un processo mediante il quale l'idrogeno provoca la fragilità e la rottura di materiali ad alta resistenza come l'acciaio. I ricercatori affermano che si tratta di uno dei maggiori ostacoli alla transizione verso un’economia dell’idrogeno poiché impedisce all’idrogeno di essere effettivamente immagazzinato e trasportato ad alte pressioni. Ciò rende la comprensione e la risoluzione dell'infragilimento una questione multimiliardaria per il mercato delle energie rinnovabili.
"Il futuro di un'economia dell'idrogeno su larga scala dipende in gran parte da questo problema. L'idrogeno è notoriamente insidioso; essendo il più piccolo atomo e molecola, penetra nei materiali, quindi li spacca e li rompe. Essere in grado di produrre, trasportare, immagazzinare in modo efficace e utilizzare l'idrogeno su larga scala, questo non è l'ideale", ha affermato il dottor Chen.
Deloitte stima che il mercato dell'idrogeno pulito potrebbe raggiungere 1,4 trilioni di dollari entro il 2050.
All'acciaio veniva aggiunto molibdeno, combinato con altri elementi per formare una ceramica estremamente dura nota come "carburo". I carburi vengono spesso aggiunti agli acciai per aumentarne la durata e la resistenza.
Usando la loro tecnica avanzata di microscopia, i ricercatori hanno visto che gli atomi di idrogeno intrappolati erano al centro dei siti di carburo, suggerendo che l’aggiunta di molibdeno aiuta a intrappolare l’idrogeno. Questo è stato confrontato con un acciaio al carburo di titanio di riferimento che non mostrava lo stesso meccanismo di intrappolamento dell'idrogeno.
"L'aggiunta di molibdeno ha contribuito ad aumentare la presenza di posti vacanti di carbonio, un difetto dei carburi che possono catturare efficacemente l'idrogeno", ha affermato il dott. Chen.
Il molibdeno aggiunto rappresentava solo lo 0,2% dell'acciaio totale, il che, secondo i ricercatori, lo rende una strategia economicamente vantaggiosa per ridurre l'infragilimento. I ricercatori ritengono che il niobio e il vanadio possano avere un effetto simile anche sugli acciai.
Ulteriori informazioni: Pang-Yu Liu et al, Ingegneria delle trappole per idrogeno in carburo di metallo negli acciai, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45017-4
Fornito dall'Università di Sydney
