Pesquisadores da Universidade de Sydney descobriram que a adição de molibdênio ao aço, combinado com carbonetos metálicos, melhora significativamente sua capacidade de reter hidrogênio, potencialmente resolvendo o problema da fragilização por hidrogênio. Este avanço, utilizando tomografia de sonda atómica criogénica avançada, poderá abrir caminho para soluções de transporte e armazenamento de hidrogénio em grande escala, essenciais para a transição para uma economia de hidrogénio.
Resolver a fragilização é uma questão multibilionária.
A razão pela qual o hidrogénio faz com que os aços se tornem frágeis e fissurem é o grande enigma dos engenheiros e investigadores que procuram desenvolver soluções de transporte e armazenamento em grande escala para a era do hidrogénio – uma era que a Austrália espera liderar até 2030.
Eles podem agora estar um passo mais perto de compreender como o hidrogênio afeta os aços, graças a novos Universidade de Sydney pesquisar. Os pesquisadores descobriram que adicionar o elemento químico molibdênio ao aço reforçado com carbonetos metálicos aumenta significativamente sua capacidade de reter hidrogênio.
Publicado em Comunicações da Natureza, a descoberta foi demonstrada por uma equipe liderada pela Pró-Vice-Chanceler (Pesquisa – Empreendimento e Engajamento), Professora Julie Cairney e pelo Dr. Yi-Sheng (Eason) Chen, e incluiu o Dr. candidato Pang-Yu Liu.
Eles usaram uma técnica avançada de microscopia pioneira na Universidade de Sydney, conhecida como criogênica. átomo tomografia por sonda, permitindo a observação direta da distribuição de hidrogênio nos materiais.
“Esperamos que este estudo nos aproxime de revelar exatamente por que ocorre a fragilização por hidrogênio no aço, abrindo caminho para soluções em larga escala para transporte e armazenamento de hidrogênio”, disse o professor Cairney, que trabalha no Centro Australiano de Microscopia e Microanálise. onde a pesquisa foi realizada.
A fragilização por hidrogênio é um processo pelo qual o hidrogênio faz com que materiais de alta resistência, como o aço, se tornem quebradiços e quebrem. Os investigadores dizem que é um dos maiores obstáculos à transição para uma economia do hidrogénio, pois impede que o hidrogénio seja efetivamente armazenado e transportado a altas pressões. Isto faz com que a compreensão e a solução da fragilização sejam uma questão multibilionária para o mercado de energias renováveis.
“O futuro de uma economia do hidrogénio em grande escala depende em grande parte desta questão. O hidrogênio é notoriamente insidioso; como o menor átomo e molécula, ele penetra nos materiais, depois os quebra e os quebra. Para poder produzir, transportar, armazenar e utilizar hidrogénio de forma eficaz em grande escala, isto não é o ideal”, disse o Dr. Chen.
A Deloitte estima que o mercado de hidrogénio limpo poderá atingir 1,4 biliões de dólares até 2050.
Como funcionou o processo
O molibdênio foi adicionado ao aço, combinado com outros elementos para formar uma cerâmica extremamente dura conhecida como ‘carboneto’. Os carbonetos são frequentemente adicionados aos aços para aumentar sua durabilidade e resistência.
Usando sua técnica avançada de microscopia, os pesquisadores viram que os átomos de hidrogênio presos estavam no centro dos locais de carboneto, sugerindo que a adição de molibdênio ajuda a reter o hidrogênio. Isto foi comparado com um aço de carboneto de titânio de referência que não apresentava o mesmo mecanismo de retenção de hidrogênio.
“A adição de molibdênio ajudou a aumentar a presença de lacunas de carbono – um defeito nos carbonetos que pode capturar efetivamente o hidrogênio”, disse o Dr. Chen.
O molibdênio adicionado representou apenas 0,2% do aço total, o que, segundo os pesquisadores, o torna uma estratégia econômica para reduzir a fragilização. Os pesquisadores acreditam que o nióbio e o vanádio também podem ter um efeito semelhante nos aços.
Referência: “Engenharia de armadilhas de hidrogênio de metal-carboneto em aços” por Pang-Yu Liu, Boning Zhang, Ranming Niu, Shao-Lun Lu, Chao Huang, Maoqiu Wang, Fuyang Tian, Yong Mao, Tong Li, Patrick A. Burr , Hongzhou Lu, Aimin Guo, Hung-Wei Yen, Julie M. Cairney, Hao Chen e Yi-Sheng Chen, 25 de janeiro de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-45017-4
O estudo foi financiado pelo Linkage Project do Australian Research Council, uma bolsa de estudos para início de carreira, uma bolsa de futuro, LIEF, uma bolsa de pós-doutorado da Universidade de Sydney em 2019 e uma bolsa de estudos da Universidade de Taiwan de Sydney.
