Nuevo acero inoxidable para el transporte y almacenamiento seguros del hidrógeno
La estrategia de pasivado supera la corrosión y la fragilización por hidrógeno
Anuncios
El hidrógeno es la piedra angular de los futuros sistemas energéticos neutros para el clima. Sin embargo, almacenar y transportar el hidrógeno de forma segura sigue siendo un gran reto para los materiales. Los aceros inoxidables son candidatos atractivos porque son resistentes, asequibles y muy utilizados. Sin embargo, incluso los grados más avanzados son vulnerables a la corrosión y a la fragilización por hidrógeno, un proceso en el que el hidrógeno penetra en el metal, debilita los enlaces internos y, en última instancia, puede provocar un fallo repentino. En un nuevo estudio, un equipo internacional de investigación dirigido por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pekín y el Instituto Max Planck de materiales sostenibles (MPI-SusMat) ha desarrollado un nuevo acero inoxidable austenítico que aborda ambos retos a la vez. Los resultados se han publicado en la revista Science Advances.
Nitrógeno para proteger los límites de grano
Los límites de grano son uno de los defectos más vulnerables de los metales.
Actúan como vías de difusión rápida del hidrógeno y como lugares activos de las reacciones electroquímicas de corrosión. La fragilización por hidrógeno se produce cuando el hidrógeno móvil se acumula en estas interfaces, creando concentraciones locales de tensión que pueden desencadenar la decohesión y el agrietamiento. La corrosión, por su parte, es el resultado de interacciones electroquímicas entre la microestructura del material y su entorno.
"El reto consistía en desarrollar un acero inoxidable que siguiera siendo mecánicamente fiable en presencia de hidrógeno y, al mismo tiempo, ofreciera una elevada resistencia a la corrosión", explica Dierk Raabe, director de MPI-SusMat y autor del estudio. "Al mismo tiempo, el material tenía que ser rentable y compatible con las rutas de fabricación establecidas. Dado que los límites de grano son los defectos más vulnerables, nos centramos en evitar la entrada de hidrógeno precisamente en estos puntos."
La pasivación a escala atómica ofrece protección a largo plazo
En lugar de recurrir únicamente a una película de óxido superficial convencional, los investigadores introdujeron átomos de nitrógeno directamente en los límites de grano del acero. Esta decoración a escala atómica bloquea eficazmente el acceso del hidrógeno y suprime la actividad de los defectos antes de que puedan producirse daños.
El resultado es una aleación (Fe-20Cr-9Ni-2,5Mn-1,6Mo-1Cu-0,2N) que multiplica por 3,8 la resistencia a la corrosión y por 1,35 la resistencia a la fragilización por hidrógeno en comparación con el acero inoxidable 316L comercial.
Una solución escalable y sostenible
A diferencia de las estrategias que atrapan el hidrógeno en precipitados, que pueden saturarse rápidamente, la pasivación de los límites de grano ofrece una protección a largo plazo.
La nueva aleación es rentable, compatible con las rutas de procesamiento industrial establecidas y presenta una huella de carbono inferior a la de muchas alternativas de alto rendimiento. Al combinar durabilidad, tolerancia al hidrógeno y asequibilidad, ofrece una vía realista hacia tuberías, depósitos y componentes más seguros para el transporte y almacenamiento de hidrógeno.
Esta estrategia de diseño a escala atómica podría extenderse a otras aleaciones, abriendo nuevas oportunidades para materiales duraderos en aplicaciones energéticas, químicas y de infraestructuras.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
