Forskere tættere på at forstå brints største udfordring:skørhed

Skørhed er en af ​​de største forhindringer for overgangen til en global brintøkonomi. En ny proces afsløret af forskere ved University of Sydney hjælper med at kaste lys over, hvordan man bedre kan forebygge det.

Hvorfor brint får stål til at blive skørt og revner, er den store gåde for ingeniører og forskere, der ønsker at udvikle transport- og opbevaringsløsninger i stor skala til brintalderen – en æra, som Australien håber at føre i 2030.

De kan nu være et skridt tættere på at forstå, hvordan brint påvirker stål, takket være ny forskning fra University of Sydney. Forskerne fandt ud af, at tilsætning af det kemiske grundstof molybdæn til stål forstærket med metalcarbider markant forbedrer dets evne til at fange brint.

Udgivet i Nature Communications , blev opdagelsen demonstreret af et hold, der blev ledet af prorektor (Research—Enterprise and Engagement) Professor Julie Cairney og Dr. Yi-Sheng (Eason) Chen, og inkluderede Dr. Ranming Liu og Ph.D. kandidat Pang-Yu Liu.

De brugte en avanceret mikroskopiteknik, som var banebrydende ved University of Sydney, kendt som kryogen atomsondetomografi, hvilket muliggjorde direkte observation af brintfordeling i materialer.

"Vi håber, at denne undersøgelse vil bringe os tættere på at afsløre præcis, hvorfor brintskørhed opstår i stål, hvilket baner vejen for storskalaløsninger til brinttransport og -lagring," siger professor Cairney, som er baseret på Australian Center for Microscopy and Microanalysis. hvor forskningen blev udført.

Brintskørhed er en proces, hvorved brint får materialer med høj styrke som stål til at blive skøre og revne. Forskerne siger, at det er en af ​​de største forhindringer for overgangen til en brintøkonomi, da det forhindrer brint i at blive effektivt lagret og transporteret under højt tryk. Dette gør forståelse og løsning af skørhed til et spørgsmål for mange milliarder dollars for vedvarende energi-markedet.

"Fremtiden for en storstilet brintøkonomi kommer i høj grad ned på dette spørgsmål. Brint er notorisk snigende; som det mindste atom og molekyle siver det ind i materialer, hvorefter det revner og nedbryder dem. For effektivt at kunne producere, transportere, opbevare og bruge brint i stor skala, dette er ikke ideelt," sagde Dr. Chen.

Deloitte vurderer, at markedet for rent brint kan nå op på 1,4 billioner USD i 2050.

Sådan fungerede processen

Molybdæn blev tilføjet til stålet, kombineret med andre elementer for at danne en ekstrem hård keramik kendt som "carbid". Karbider tilsættes ofte til stål for at øge deres holdbarhed og styrke.

Ved hjælp af deres avancerede mikroskopi-teknik så forskerne, at de fangede brintatomer var kernen af ​​karbidstederne, hvilket tyder på, at tilsætning af molybdæn hjælper med at fange brint. Dette blev sammenlignet med et benchmark titaniumcarbid stål, som ikke viste den samme brintfangende mekanisme.

"Tilsætningen af ​​molybdæn hjalp med at øge tilstedeværelsen af ​​ledige kulstofpladser - en defekt i carbider, der effektivt kan opfange brint," sagde Dr. Chen.

Det tilsatte molybdæn repræsenterede kun 0,2% af det samlede stål, hvilket ifølge forskerne gør det til en omkostningseffektiv strategi til at reducere skørhed. Forskerne mener, at niobium og vanadium også kan have en lignende effekt på stål.

Flere oplysninger: Pang-Yu Liu et al., Engineering metal-carbid brintfælder i stål, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45017-4

Leveret af University of Sydney