Uma equipe liderada pelo professor Huang Mingxin, do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Hong Kong, fez progressos significativos na área de aço inoxidável. Esta última inovação concentra-se no desenvolvimento de um aço inoxidável projetado especificamente para aplicações de hidrogênio, conhecido como SS-H2. Essa conquista faz parte do projeto "Super Steel" em andamento do professor Huang, que alcançou resultados faseados significativos na criação de aço inoxidável resistente à COVID-19 em 2021 e no desenvolvimento de superaço superforte e superresistente em 2017 e 2020.
O novo aço desenvolvido pela equipe é altamente resistente à corrosão e, portanto, tem aplicações potenciais na produção de hidrogênio verde a partir da água do mar, uma nova solução sustentável que ainda está em desenvolvimento.
O desempenho do novo aço em eletrolisadores de água salgada é comparável à prática industrial atual de utilização de titânio como componentes estruturais para produzir hidrogénio a partir de água do mar dessalinizada ou ácido, mas o custo do novo aço é muito mais barato. As descobertas foram publicadas na revista Materials Today. Os resultados da investigação estão atualmente a solicitar patentes em vários países, dois dos quais foram autorizados.
Avanços revolucionários na resistência à corrosão
Desde a sua descoberta, há um século, o aço inoxidável tem sido um importante material amplamente utilizado em ambientes corrosivos. O cromo é um elemento importante para garantir a resistência à corrosão do aço inoxidável. Uma película passiva criada pela oxidação do cromo (Cr) protege o aço inoxidável no ambiente natural. Infelizmente, este mecanismo tradicional de passivação única baseado em cromo tem dificultado o desenvolvimento do aço inoxidável. Devido à oxidação adicional do Cr2O3 estável em cromo hexavalente solúvel, o aço inoxidável tradicional sofre inevitavelmente de corrosão passiva lateral a uma tensão de cerca de 1000mV (eletrodo de calomelano saturado, SCE), que é inferior ao potencial necessário para a oxidação da água de cerca de 1600mV.
Por exemplo, o super aço inoxidável 254SMO é referência entre as ligas anticorrosivas à base de cromo e tem excelente resistência à corrosão por pite na água do mar; entretanto, a corrosão por transição de fase limita sua aplicação em potenciais mais elevados.
A equipe de pesquisa do professor Huang adotou a estratégia de "passivação dupla sequencial" para desenvolver um novo tipo de SS-H2 com excelente resistência à corrosão. Além de uma única camada passiva baseada em Cr2O3, uma segunda camada passiva baseada em Mn é formada na camada passiva anterior baseada em Cr a ~720mV. Este mecanismo contínuo de passivação dupla evita que o SS-H2 corroa em meios de cloreto a um potencial ultra-alto de 1700mV. Comparado com o aço inoxidável tradicional, o SS-H2 alcançou um avanço fundamental.
Descobertas inesperadas e aplicações potenciais
"No início, não estávamos convencidos porque geralmente se acredita que o manganês prejudica a resistência à corrosão do aço inoxidável. A passivação à base de manganês foi uma descoberta contra-intuitiva que não poderia ser explicada pelo conhecimento existente da ciência da corrosão. No entanto, quando um grande número de resultados em nível atômico nos foram apresentados, ficamos convencidos. Além de ficarmos surpresos, mal podíamos esperar para explorar esse mecanismo, "disse o Dr. Yu Kaiping, o primeiro autor do artigo e aluno de doutorado supervisionado pelo professor Huang.
A equipe investiu quase seis anos neste trabalho, desde a descoberta inicial deste aço inoxidável inovador, até alcançar um avanço na compreensão científica, até finalmente prepará-lo para publicação formal e potenciais aplicações industriais.
"Ao contrário da atual comunidade de corrosão, que se concentra principalmente na resistência à corrosão em potenciais naturais, nosso foco é o desenvolvimento de ligas resistentes à corrosão de alto potencial. Nossa estratégia supera as limitações fundamentais dos aços inoxidáveis tradicionais e estabelece um paradigma para o desenvolvimento de ligas adequadas para altos potenciais. Esta inovação é estimulante e leva a novas aplicações." Professor Huang disse.
Atualmente, os eletrolisadores para dessalinização de água do mar ou água em soluções ácidas requerem ouro caro ou titânio revestido de platina como componentes estruturais. Por exemplo, o custo total atual de um sistema eletrolisador PEM de 10 MW é de aproximadamente HK$ 17,8 milhões, dos quais os componentes estruturais representam 53% do custo total. O avanço alcançado pela equipe do professor Huang permite substituir esses componentes estruturais caros por aço mais econômico. Estima-se que a aplicação do SS-H2 deverá reduzir o custo dos materiais estruturais em aproximadamente 40 vezes, apresentando grandes perspectivas de aplicação industrial.
"Desde materiais experimentais até produtos reais, como grades e espumas para eletrolisadores de água, a tarefa em questão ainda está repleta de desafios. Atualmente, demos um grande passo em direção à industrialização. Cooperamos com uma fábrica no continente para produzir várias toneladas de fio à base de SS-H2." O professor Huang acrescentou: “Estamos trabalhando na aplicação do SS-H2, mais econômico, à produção de hidrogênio a partir de recursos renováveis”.
Fonte compilada: ScitechDaily