Verbrossing is een van de grootste obstakels voor de transitie naar een mondiale waterstofeconomie. Een nieuw proces dat is ontdekt door onderzoekers van de Universiteit van Sydney helpt licht te werpen op hoe je dit beter kunt voorkomen.

Waarom waterstof ervoor zorgt dat staal bros wordt en barst, is het grote raadsel van ingenieurs en onderzoekers die grootschalige transport- en opslagoplossingen willen ontwikkelen voor het waterstoftijdperk – een tijdperk dat Australië tegen 2030 hoopt te leiden.

Ze zijn nu misschien een stap dichter bij het begrijpen hoe waterstof staal beïnvloedt, dankzij nieuw onderzoek van de Universiteit van Sydney. De onderzoekers ontdekten dat het toevoegen van het chemische element molybdeen aan staal versterkt met metaalcarbiden het vermogen om waterstof vast te houden aanzienlijk vergroot.

Gepubliceerd in Natuurcommunicatie werd de bevinding gedemonstreerd door een team dat werd geleid door Pro Vice-Chancellor (Research – Enterprise and Engagement), professor Julie Cairney en Dr. Yi-Sheng (Eason) Chen, waaronder Dr. Ranming Liu en Ph.D. kandidaat Pang-Yu Liu.

Ze gebruikten een geavanceerde microscopietechniek die was ontwikkeld aan de Universiteit van Sydney, bekend als cryogene atoomsondetomografie, waardoor directe observatie van de waterstofverdeling in materialen mogelijk was.

"We hopen dat deze studie ons dichter bij het onthullen van de precieze oorzaak van waterstofverbrossing in staal zal brengen, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor grootschalige oplossingen voor het transport en de opslag van waterstof", zegt professor Cairney, verbonden aan het Australian Centre for Microscopy and Microanalysis. waar het onderzoek is uitgevoerd.

Waterstofverbrossing is een proces waarbij waterstof ervoor zorgt dat materialen met een hoge sterkte, zoals staal, bros worden en barsten. De onderzoekers zeggen dat dit een van de grootste obstakels is voor de transitie naar een waterstofeconomie, omdat het verhindert dat waterstof effectief onder hoge druk wordt opgeslagen en getransporteerd. Dit maakt het begrijpen en oplossen van verbrossing een vraag van meerdere miljarden dollars voor de markt voor duurzame energie.

“De toekomst van een grootschalige waterstofeconomie hangt grotendeels af van dit vraagstuk. Waterstof is notoir verraderlijk; als kleinste atoom en molecuul sijpelt het in materialen, scheurt en breekt ze vervolgens. Om effectief te kunnen produceren, transporteren en opslaan en waterstof op grote schaal gebruiken, is dit niet ideaal”, aldus Dr. Chen.

Deloitte schat dat de markt voor schone waterstof in 2050 een waarde van 1,4 biljoen dollar zou kunnen bereiken.

Hoe het proces werkte

Molybdeen werd aan het staal toegevoegd, gecombineerd met andere elementen om een ​​extreem harde keramiek te vormen die bekend staat als 'carbide'. Carbiden worden vaak aan staalsoorten toegevoegd om hun duurzaamheid en sterkte te vergroten.

Met behulp van hun geavanceerde microscopietechniek zagen de onderzoekers dat de gevangen waterstofatomen zich in de kern van de carbideplaatsen bevonden, wat suggereert dat de toevoeging van molybdeen helpt waterstof vast te houden. Dit werd vergeleken met een standaard titaniumcarbidestaal dat niet hetzelfde waterstofvangmechanisme vertoonde.

"De toevoeging van molybdeen hielp de aanwezigheid van koolstofvacatures te vergroten - een defect in carbiden die effectief waterstof kunnen opvangen", aldus Dr. Chen.

Het toegevoegde molybdeen vertegenwoordigde slechts 0,2% van het totale staal, wat het volgens de onderzoekers een kosteneffectieve strategie maakt om verbrossing te verminderen. De onderzoekers denken dat niobium en vanadium ook een soortgelijk effect kunnen hebben op staalsoorten.

Meer informatie: Pang-Yu Liu et al., Engineering van metaalcarbide-waterstofvangers in staal, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45017-4

Aangeboden door Universiteit van Sydney