Для справки: «зелёный» водород рассматривается как один из ключевых инструментов декарбонизации промышленности и энергетики, однако его широкое внедрение сдерживается высокой стоимостью оборудования.
Уникальные характеристики
Гонконгские исследователи представили коррозионностойкий сплав SS-H₂, способный заменить дорогой титан в электролизёрах. Материал разработан командой Гонконгского университета под руководством профессора Минсиня Хуана. Благодаря двухступенчатой пассивации с участием хрома и марганца сплав выдерживает в морской воде потенциал до 1700 мВ. Ожидается, что применение этой стали позволит примерно в 40 раз удешевить конструкционные элементы электролизёров, используемых для производства водорода.
Почему это важно
Классические нержавеющие стали полагаются на оксидную плёнку хрома, однако при потенциале около 1000 мВ они перестают выполнять защитную функцию, тогда как для эффективного расщепления воды требуется более 1600 мВ. Марганец раньше считался вредной примесью, снижающей коррозионную стойкость, хотя именно он формирует дополнительный защитный слой при потенциале примерно 720 мВ. В электролизной системе с солёной водой SS-H₂ показала характеристики, сопоставимые с титановыми деталями, покрытыми платиной или золотом.
Электролизная установка на протонно-обменной мембране мощностью 10 мегаватт стоит около 2,28 миллиона долларов США, или 17,8 миллиона гонконгских долларов. При этом более половины цены приходится на конструкционные компоненты, поэтому удешевление материалов имеет решающее значение для масштабирования водородных технологий.
По оценке журнала Materials Today, разработка стали SS-H₂ способна заметно повлиять на возобновляемую энергетику: удешевление конструктивных элементов электролизёров необходимо для расширения водородного производства.
Команда уже подала патентные заявки в ряде стран и вместе с заводом в континентальном Китае выпустила первые тонны проволоки из SS-H₂. Подробности опубликованы в журнале Materials Today; статья получила DOI: 10.1016/j.mattod.2023.07.022. Если новые материалы найдут промышленное применение, водородная энергетика получит серьёзный импульс, а это ускорит переход к экологически чистой энергетике. Эта работа также подтверждает, что инновации в материаловедении играют ключевую роль в борьбе с изменением климата.
Разработка нового сплава SS-H₂ становится особенно актуальной на фоне недавних достижений в области материаловедения. Например, инженеры представили инновационный сплав, который в десять раз прочнее обычной стали и не подвержен хрупкости. Такие материалы могут значительно улучшить характеристики различных конструкций, что в свою очередь поддерживает стремление к более устойчивым и экономичным технологиям в промышленности.