Ученые из Университета Гонконга разработали особую нержавеющую сталь, которая может стать важным шагом для производства зеленого водорода. Главная проблема здесь давно известна: электролизеры должны работать в жестких условиях, особенно если речь идет о морской воде, но при этом не быть слишком дорогими.
Команда под руководством профессора Минсиня Хуана создала материал SS-H2 — нержавеющую сталь для производства водорода. Она лучше сопротивляется коррозии там, где обычная нержавейка уже выходит за пределы своих возможностей. Это делает ее перспективной для электролизеров, работающих с морской водой и другими агрессивными средами.
Зеленый водород получают, когда электричество расщепляет воду на водород и кислород. Морская вода кажется удобным сырьем, потому что ее много. Но соль, хлорид-ионы, побочные реакции и коррозия быстро повреждают детали оборудования.
Сейчас в промышленности часто используют титановые элементы с покрытиями из дорогих металлов, например золота или платины. Они надежны, но стоят дорого. По оценке команды HKU, замена таких материалов на SS-H2 может снизить стоимость конструкционных материалов примерно в 40 раз.
Обычная нержавейка защищает себя тонкой пленкой на основе хрома. Но при высоком электрическом потенциале этот защитный слой разрушается. Для производства водорода этого уже недостаточно.
Главное отличие SS-H2 — в так называемой «последовательной двойной пассивации». Сначала появляется обычный защитный слой на основе оксида хрома. Затем поверх него формируется второй слой — уже на основе марганца. Именно он помогает стали выдерживать среду с хлоридами при потенциале до 1700 мВ.
Это удивило самих исследователей, потому что марганец обычно считают не помощником, а скорее слабым местом для коррозионной стойкости нержавейки.
"Сначала мы не поверили, потому что общепринятое мнение состоит в том, что Mn ухудшает коррозионную стойкость нержавеющей стали. Пассивация на основе Mn — это контринтуитивное открытие, которое невозможно объяснить современными знаниями в науке о коррозии", — сказал доктор Кайпин Юй.
Путь к публикации занял почти шесть лет. Команда прошла путь от неожиданного наблюдения до научного объяснения и подготовки к промышленному применению. Разработку уже подали на патенты в разных странах, а две заявки на момент объявления HKU уже получили разрешение. Также исследователи сообщили, что вместе с заводом в материковом Китае были произведены тонны проволоки на основе SS-H2.
По словам профессора Хуана, до готовых промышленных изделий для электролизеров — сеток и пен — еще нужно решить сложные задачи. Но важный шаг уже сделан.
SS-H2 пока нельзя назвать готовым решением для всей водородной экономики. Однако идея выглядит сильной: если нержавеющая сталь сможет заменить дорогие титановые компоненты и выдерживать морскую воду при высоком напряжении, производство зеленого водорода может стать дешевле и масштабнее. Для технологии, где стоимость и долговечность решают почти всё, сталь со «вторым щитом» может оказаться не просто научным сюрпризом, а реальным шагом к более доступному чистому водороду.
