Acciaio sperimentale resiste alla corrosione a 1.700 mV

Una soluzione di cloruro di sodio al 3,5% — con una concentrazione di sale simile a quella dell’acqua di mare — ha sottoposto a un test ostile una nuova lega sviluppata dai ricercatori dell’Università di Hong Kong. SS-H₂, abbreviazione di acciaio inossidabile per l’idrogeno, ha resistito alla corrosione a potenziali elettrochimici fino a circa 1.700 mV, oltre il potenziale di circa 1.600 mV per l’ossidazione dell’acqua nelle condizioni di test del team. Guidato dal professor Mingxin Huang, il gruppo punta a un materiale che potrebbe ridurre la dipendenza dal titanio di alcune apparecchiature per la produzione di idrogeno.

Un elettrolizzatore utilizza l’elettricità per separare l’acqua: l’idrogeno si forma su un elettrodo, il catodo, e l’ossigeno sull’altro, l’anodo. Quando il processo è alimentato da elettricità rinnovabile, l’idrogeno può avere emissioni operative di carbonio molto basse. L’acqua di mare è una potenziale materia prima interessante perché evita di utilizzare riserve di acqua dolce sempre più preziose, ma i suoi ioni cloruro attaccano facilmente le leghe, mentre l’anodo è sottoposto a condizioni fortemente ossidanti.

L’acciaio inossidabile convenzionale dispone di una difesa integrata. Il cromo reagisce sulla superficie formando una pellicola estremamente sottile di ossido di cromo, che separa il metallo dall’ambiente circostante e può riformarsi dopo un danneggiamento. La protezione ha però un limite: intorno a 1.000 mV, la pellicola può iniziare a produrre specie solubili di Cr(VI), in un processo noto come corrosione transpassiva. Anche il 254SMO, un acciaio inossidabile progettato per resistere all’acqua di mare, raggiunge questo limite a potenziali sufficientemente elevati. I componenti in titanio, talvolta protetti con rivestimenti d’oro o di platino, tollerano meglio queste condizioni, ma costano più dell’acciaio.

Il team di Huang ha fornito all’acciaio inossidabile un secondo meccanismo protettivo. SS-H₂ contiene ferro, 20,73% di cromo, 20,2% di cobalto, 17,7% di manganese e 1,7% di silicio in peso. Intorno a 720 mV, il manganese inizia a formare un secondo strato protettivo sopra la pellicola ricca di cromo. Quando la difesa del cromo si avvicina al punto in cui normalmente si rompe, subentra lo strato a base di manganese. Il dottor Kaiping Yu, primo autore dello studio, ha affermato che il risultato ha inizialmente messo in discussione la convinzione prevalente secondo cui il manganese danneggia la resistenza alla corrosione dell’acciaio inossidabile.

Che cosa cambia, concretamente? Se il comportamento sarà confermato oltre i test dei ricercatori, SS-H₂ potrebbe consentire ai progettisti di elettrolizzatori di sostituire con l’acciaio alcuni costosi componenti strutturali in titanio, riducendo potenzialmente il costo dei sistemi per l’idrogeno verde e rendendo più pratico il funzionamento con acqua salata. Il team ha dimostrato il materiale in un elettrolizzatore ad acqua salata, ma il risultato resta sperimentale.