Команда Университета Гонконга во главе с профессором Минксином Хуангом представила прорыв в области нержавеющей стали, который может стать ключом к решению главной проблемы зелёного водорода: как создать электролизеры, выдерживающие морскую воду и остающиеся при этом дешёвыми. Новинка под названием SS-H2 разрабатывалась в рамках многолетнего проекта «Сверхстааль» и способна работать в средах, где обычная сталь быстро разрушается благодаря коррозии. Статья опубликована в журнале Materials Today и рассказывает о механизме, позволяющем этой стали служить в электролизёрах с использованием морской воды.
Зелёный водород получают, расщепляя воду электричеством от возобновляемых источников. Морская вода идеальна как сырьё из-за обилия, но содержит солевые ионы хлора, вызывающие коррозию и побочные реакции. В современных промышленных системах используются дорогие титановые детали, покрытые платиной или золотом, что съедает до 53% бюджета установки. Замена этих компонентов на SS-H2, по оценкам авторов, может снизить стоимость материалов в 40 раз.
Обычная нержавеющая сталь защищает себя слоем оксида хрома Cr2O3, но этот барьер разрушается при высоком электрическом напряжении выше 1000 мВ, что требуется для окисления воды. Даже сверхпрочные сплавы вроде 254SMO не справляются с экстремальными условиями производства водорода. Исследователи разработали стратегию «последовательной двойной пассивации». На сталь сначала осаждается стандартный слой Cr2O3, а при напряжении около 720 мВ формируется второй защитный барьер из соединений марганца. Это позволяет выдерживать потенциалы до 1700 мВ, что раньше считалось невозможным, так как марганец обычно ухудшают коррозионную стойкость.
Первый автор исследования доктор Кайпин Ю признал, что открытие марганцевого слоя противоречило общепринятым взглядам и стало сюрпризом для науки. Над внедрением проработали шесть лет: сначала нашли материал, потом объяснили механизм и пошли по пути патентования. Уже сейчас в Китае заводы выпускают тонны проволки из SS-H2. Несмотря на то, что статья вышла в 2023 году, актуальность темы не уменьшилась: новые исследования в журналах Nature Reviews Materials и другие работы подтверждают, что материалы должны выживать в агрессивной морской среде. SS-H2 выделяется тем, что меняет сам подход к сплавной конструкции, а не просто добавляет покрытие. Хотя до массового внедрения ещё предстоит доработка технологии создания сеток и пенок, потенциал технологии очевиден. Нержавеющая сталь, способная строить свой второй щит, может сделать производство водорода из возобновляемых источников дешевле и масштабируемее, что критически важно для чистого будущего энергетики.