Aço experimental resiste à corrosão a 1 700 mV em água salgada

Uma solução de 3,5 % de cloreto de sódio — aproximadamente a concentração de sal da água do mar — proporcionou aos investigadores da Universidade de Hong Kong um teste exigente para uma nova liga. O SS-H₂, abreviatura de aço inoxidável para hidrogénio, resistiu à corrosão a potenciais eletroquímicos de até cerca de 1 700 mV, acima do potencial de oxidação da água de aproximadamente 1 600 mV nas condições de teste da equipa. Liderada pelo Prof. Mingxin Huang, a equipa está a desenvolver um material que poderá tornar alguns equipamentos de produção de hidrogénio menos dependentes do titânio.

Um eletrolisador utiliza eletricidade para separar a água: o hidrogénio forma-se num elétrodo, o cátodo, e o oxigénio no outro, o ânodo. Quando o processo é alimentado por eletricidade renovável, o hidrogénio pode ter emissões operacionais de carbono muito reduzidas. A água do mar é uma matéria-prima potencialmente atrativa porque evita o uso de água doce, cada vez mais valiosa, mas os seus iões de cloreto atacam facilmente as ligas, enquanto o ânodo enfrenta condições fortemente oxidantes.

O aço inoxidável convencional dispõe de uma defesa incorporada. O crómio reage à superfície para formar uma película extremamente fina de óxido de crómio, que separa o metal do ambiente e pode voltar a formar-se depois de sofrer danos. Essa proteção tem, contudo, um limite: a cerca de 1 000 mV, a película pode começar a produzir espécies solúveis de Cr(VI), num processo conhecido como corrosão transpassiva. Mesmo o 254SMO, um aço inoxidável concebido para resistir à água do mar, depara-se com essa limitação a potenciais suficientemente elevados. Os componentes de titânio, por vezes protegidos com revestimentos de ouro ou platina, toleram melhor essas condições, mas custam mais do que os de aço.

A equipa de Huang dotou o aço inoxidável de um segundo mecanismo de proteção. O SS-H₂ contém ferro, 20,73 % de crómio, 20,2 % de cobalto, 17,7 % de manganês e 1,7 % de silício em massa. A cerca de 720 mV, o manganês começa a formar uma segunda camada protetora sobre a película rica em crómio. À medida que a defesa de crómio se aproxima do ponto em que normalmente se degrada, a camada à base de manganês assume a proteção. O Dr. Kaiping Yu, primeiro autor do estudo, afirmou que o resultado inicialmente pôs em causa a ideia dominante de que o manganês prejudica a resistência do aço inoxidável à corrosão.

O que muda, concretamente? Se o comportamento se mantiver para além dos testes dos investigadores, o SS-H₂ poderá permitir aos projetistas de eletrolisadores substituir alguns componentes estruturais dispendiosos de titânio por aço, reduzindo potencialmente o custo dos sistemas de hidrogénio verde e tornando mais prática a operação com água salgada. A equipa demonstrou o material num eletrolisador de água salgada, mas o resultado continua a ser experimental.