Nëse dikush mund të mposhtte “burrin e çelikut”, do të ishte një “burrë i çelikut të pastër”. Megjithatë, edhe çeliku i pastër ka “kriptonit” e tij elektrokimike. Shkencëtarët kanë krijuar tani një version të ri të çelikut të pastër që mund të përballojë kushtet që zakonisht mund të përballojë vetëm një “burrë i titanit”, dhe pa kostot e larta, duke hapur rrugën për prodhim më të lirë të hidrogjenit të gjelbër.
Nën udhëheqjen e Prof. Mingxin Huang nga Departamenti i Inxhinierisë Mekanike i Universitetit të Hong Kongut, një ekip hulumtuesish ka zhvilluar një aliazh të ri të quajtur çelik i pastër për hidrogjen (SS-H₂). Ky material është krijuar për të rezistuar në kushtet e korrozionit të lartë dhe tensionin e lartë që haset gjatë elektrolizës së ujit, duke mundësuar potencialisht që çeliku i lirë të zëvendësojë disa nga komponentët e shtrenjtë të titanit që përdoren aktualisht në sistemet e prodhimit të hidrogjenit.
Në testet që u kryen me një solucion 3.5% të klorurit të natriumit, i cili është përafërsisht koncentrimi i kripës në ujërat e detit, SS-H₂ rezistoi ndaj korrozionit në potencialet elektrokimike deri në rreth 1,700 mV. Kjo e vendos mbi potencialin rreth 1,600 mV që është i lidhur me oksidimin e ujit nën kushtet e testit të hulumtuesve, dhe në një territor ku edhe çelikët e pastër me rezistencë të lartë ndaj korrozionit kanë vështirësi, duke e bërë atë veçanërisht të interesant për prodhimin e hidrogjenit të gjelbër.
Hidrogjeni mund të prodhohet përmes elektrolizës së ujit, ku elektriciteti kalon nëpër ujë për të nxitur dy reaksione elektrokimike. Hidrogjeni formohet në katod, ndërsa oksigjeni prodhohet në anod. Nëse elektriciteti vjen nga burime të rinovueshme, hidrogjeni i prodhuar mund të prodhohet me emetimet shumë të ulëta të karbonit, duke e bërë atë “hidrogjen të gjelbër”.
Uji i detit është një burim potencial irhe irhe sepse është i bollshëm dhe ndihmon në evitimin e përdorimit të burimeve të limituara të ujit të ëmbël. Megjithatë, uji i kripur krijon një mjedis të veçanësisht të vështirë për komponentët e metalit në elektrolizator. Jonet e klorit sulmojnë lehtësisht shumë aliazhë, ndërsa komponentët rreth anës së anodës që prodhon oksigjen janë njëkohësisht të ekspozuar ndaj potencialëve elektrokimikë të fortë oksidues.
Madje edhe çeliku i pastër, i njohur për rezistencën e tij të shkëlqyer ndaj korrozionit, në fund të fundit, has në kufijtë e tij.
Çeliku i pastër nuk rrugëzohet thjesht si çeliku i zakonshëm i karbonit ose hekuri, kryesisht për shkak të përmbajtjes së kromit. Kromi në aliazh reagon në sipërfaqe për të formuar një film mbrojtës të jashtëzakonshëm të hollë, i përbërë kryesisht nga oksidi i kromit. Ky shtresë “pasive” e ndan metalin themelor nga ambienti i tij dhe mund të riformohet kur dëmtohet, duke i dhënë çelikut të pastër rezistencën e tij ndaj korrozionit.
Fatkeqësisht, ajo mbrojtje ka kufizimet e saja.
Në një potencial elektrokimik rreth 1,000 mV, oksidi i stabilizuar i kromit mund të nënrojë oksidim të mëtejshëm, duke prodhuar specie të tretshme Cr(VI). Si rezultat, shtresa mbrojtëse fillon të prishet në një proces të njohur si korrozion transpasiv. Ky është një problem, sepse oksidimi i ujit ndodh në rreth 1,600 mV nën kushtet që shqyrtohen nga hulumtuesit. Me fjalë të tjera, çeliku i pastër i zakonshëm mund të fillojë të humbasë mekanizmin që e mbron nga korrozioni qindra milivoltë para se të arrijë gamën e pritur të funksionimit.
Madje edhe 254SMO, një çelik “super austenitik” i mbushur me krom, nikël, molibden dhe azot dhe i njohur për rezistencën e tij ndaj korrozionit në ujërat e detit, përballohet me këtë “kriptonit” themelor në potencialet e larta.
Një zgjidhje është të përdoren alternativa më rezistente. Elektrolizatorët që operojnë me ujë të demineralizuar ose solucionet acide zakonisht përdorin komponentë strukturore të titanit, duke përfshirë titan të mbrojtur me shtresa të shtrenjta të arit ose platinës. Titani përballohet më mirë me këto kushte elektrokimike të ashpra, por ka një minus: kushton shumë më shumë se çeliku.
Kështu, ekipi i Huang u kthye te çeliku i pastër dhe i dha mbrojtjes së tij një akt të dytë.
Çeliku eksperimental i pastër për hidrogjen ka përbërjen Fe-20.73Cr-20.2Co-17.7Mn-1.7Si sipas peshës, që do të thotë se, përveç bazës së tij prej hekuri, përmban sasi të pazakontë të larta të kromit, kobaltit dhe, më e rëndësishmja, manganit. Hulumtuesit e hodhën aliazhin duke përdorur shkrirje vakumore induksive, e formuan në një pllakat në 1200 °C (2192 °F), e homogenizuan në atë temperaturë për 4 orë dhe më pas e fërgojnë në ujë. Rezultati ka një strukturë kristalore të vetme me qendra të orientuara kubike, por veçoria e tij më e rëndësishme shfaqet vetëm në potencialet elektrokimike të larta.
Ashtu si çeliku i pastër i zakonshëm, SS-H₂ fillimisht varet nga pasivimi i bazuar në krom. Megjithatë, rreth 720 mV, ndodh diçka e papritur: mangani fillon të formojë një shtresë mbrojtëse të dytë mbi filmin ekzistues të pasuruar me krom. Ndërsa potenciali rritet dhe mbrojtja e zakonshme e kromit afrohet kushtet në të cilat zakonisht do të dobësohej, sht
Burimi: newatlas.com
