Temiz enerjinin geleceği için kritik bir adım olarak kabul edilen hidrojen üretiminde, Hong Kong Üniversitesi (HKÜ) tarafından geliştirilen özel bir paslanmaz çelik büyük heyecan yarattı. Deniz suyunun zorlu koşullarına dayanabilen ve maliyeti düşürebilen bu yeni malzeme, yeşil hidrojen üretimindeki en büyük engellerden birine çözüm olabilir. Hidrojen üretimi için deniz suyu kullanımı cazip olsa da, tuzlu yapısı sebebiyle metal bileşenlerde ciddi aşınma ve korozyon sorunları yaşanıyordu.
HKÜ Mekanik Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Mingxin Huang liderliğindeki ekip, SS-H 2 adı verilen özel bir paslanmaz çelik geliştirdi. Bu yeni malzeme, geleneksel paslanmaz çeliklerin dayanamadığı yüksek elektrik potansiyeli ve korozif deniz suyu ortamlarında bile üstün dayanıklılık gösteriyor. Araştırma, prestijli Materials Today dergisinde yayımlandı ve Huang’ın daha önce geliştirdiği “Süper Çelik” projelerinin devamı niteliğinde. Bu projeler, 2021’de anti-COVID-19 paslanmaz çelik ve ultra dayanıklı paslanmaz çelikler geliştirmişti.
Yeşil hidrojen, yenilenebilir enerjiyle suyun hidrojen ve oksijene ayrıştırılmasıyla üretiliyor. Deniz suyu ise bol ve sürdürülebilir bir kaynak olarak öne çıkıyor ancak tuz ve klorür iyonlarının elektroliz cihazlarına verdiği zarar büyük bir problem. Elektroliz cihazlarındaki titan gibi egzotik metallerin kullanımı ise oldukça maliyetli. İşte burada SS-H 2 devreye giriyor; bu yeni çelik, tuzlu su elektrolizinde kullanılan titan bazlı malzemelere benzer performans sunarken maliyeti oldukça azaltıyor.
Deneysel verilere göre, 10 megavat kapasiteli bir elektroliz tankında, yapı malzemelerinin toplam fiyatı yaklaşık 17,8 milyon Hong Kong doları civarında. Yapı malzemeleri bu maliyetin %53’ünü oluşturuyor. SS-H 2 kullanıldığında ise yapı malzemelerinin maliyetinin 40 kat daha ucuz olabileceği düşünülüyor. Bu, hidrojen üretim maliyetlerini ciddi oranda düşürebilecek bir gelişme olarak öne çıkıyor.
Paslanmaz çeliğin korozyona karşı dayanıklılığı büyük oranda krom elementine bağlıdır. Krom, oksitlenerek yüzeyde ince koruyucu bir tabaka oluşturur. Ancak bu koruma, yüksek elektrik potansiyellerinde yetersiz kalır çünkü krom tabakası çözünebilir bileşiklere dönüşür ve paslanma başlar. Normal paslanmaz çelikler, deniz suyunun yüksek voltaj uygulamalarında kolayca zarar görür. En ileri krom bazlı alaşımlar bile bu sınırı aşmakta zorlanır.
HKÜ ekibi, bu sorunu aşmak için “ardışık çift pasivasyon” stratejisi geliştirdi. SS-H 2, krom oksit tabakasının üzerine ikinci bir mangan bazlı koruyucu tabaka oluşturur. İlk tabaka klasik krom oksitten oluşurken, yaklaşık 720 mV seviyesinden itibaren mangan içeren ikinci bir film ortaya çıkar. Bu ikinci koruma katmanı, metali klorür iyonlarının yoğun olduğu zorlu koşullarda 1700 mV gibi çok yüksek potansiyellere karşı dayanıklı kılar.
Manganın paslanmaz çelik için zararlı olduğu genel kanısını tersine çeviren bu keşif, ilk etapta araştırmacıları şaşırttı. Dr. Kaiping Yu, bu bulgunun mevcut korozyon bilgisiyle açıklanamadığını ancak yapılan atomik düzeydeki analizlerin sonucu ikna ettiğini belirtiyor. Bu yeni koruyucu mekanizma, paslanmaz çeliğin dayanıklılığını tamamen farklı bir boyuta taşıyor.
Araştırma neredeyse altı yıl sürerek, laboratuvar keşfinden endüstriyel uygulamaya doğru büyük bir ilerleme kaydetti. Şu anda, SS-H 2 esaslı teller Çin anakarasında bir fabrikada tonlarca üretilmiş durumda. Öğrencilerden patent başvurularına ve üretim aşamasına uzanan bu süreç, çeliğin gelecekte hidrojeni daha ekonomik ve sürdürülebilir şekilde üretmenin anahtarı olabileceğini gösteriyor.
Sektörün halen karşı karşıya olduğu zorluklar; korozyon, klorür kaynaklı yan reaksiyonlar ve elektrot ömrü sorunları gibi başlıklarda yoğunlaşıyor. Fakat HKÜ’nün geliştirdiği bu çift koruyucu yapılı çelik, klasik malzeme tasarımını aşarak saha uygulamalarına uygun, dayanıklı ve ekonomik bir alternatif sunuyor. Bu bulgu sadece yeni bir paslanmaz çelik değil; aynı zamanda doğrudan deniz suyu kullanan hidrojen elektrolizinde devrim potansiyeline sahip.
Sonuç olarak, SS-H 2 henüz hazır ve kullanıma hazır ürünler sunmuyor olsa da, temiz enerji üretimini hızlandıracak bir adım olarak kabul ediliyor. Deniz suyundan hidrojen üretimini ucuzlatmak ve geniş ölçekli uygulamalara uygun hale getirmek isteyen yeşil enerji sektöründe, bu teknoloji geleceği şekillendirebilir. Dayanıklı ve ekonomik bir paslanmaz çelik, yeşil hidrojenin yaygınlaşmasına önemli katkı sağlayacaktır.
📎 Kaynak: sciencedaily.com
