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Novo aço inoxidável desenvolvido pela Universidade de Hong Kong resiste à corrosão em água do mar, cria uma segunda camada protetora com manganês e pode reduzir custos de eletrolisadores usados na produção de hidrogênio verde em larga escala.
A inovação em aço inoxidável da Universidade de Hong Kong, a HKU, mira um ponto crítico do hidrogênio verde: criar eletrolisadores capazes de resistir à água do mar sem materiais estruturais caros. A equipe criou o SS-H₂, material resistente à corrosão em ambientes agressivos.
A descoberta foi relatada na revista Materials Today, “Uma estratégia sequencial de dupla passivação para o desenvolvimento de aço inoxidável usado acima da oxidação em água”. Também deriva do projeto “Super Aço”, que produziu aço inoxidável anti-COVID-19 em 2021 e versões ultrarresistentes em 2017 e 2020.
Aço inoxidável pode reduzir custos
O hidrogênio verde é obtido com eletricidade para separar a água em hidrogênio e oxigênio. A água do mar é abundante, mas sal, íons cloreto, reações secundárias e corrosão podem danificar componentes do eletrolisador.
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Em água salgada, a equipe verificou desempenho comparável ao de materiais à base de titânio usados para hidrogênio a partir de água dessalinizada ou ácido. A diferença está no custo, já que peças de titânio revestidas com ouro ou platina são caras.
Para um sistema PEM de 10 megawatts, o custo total foi estimado em HK$ 17,8 milhões. Os componentes estruturais representavam até 53% dessa despesa, e a substituição por SS-H₂ poderia reduzir esse custo em cerca de 40 vezes.
Por que o aço comum falha
O aço inoxidável é usado há mais de um século em ambientes corrosivos por causa da autoproteção gerada pelo cromo. Quando o cromo oxida, forma uma película passiva fina, capaz de proteger o aço contra danos.
Essa proteção tem limite intrínseco. No aço inoxidável convencional, a camada de óxido de cromo pode se romper em altos potenciais, com o Cr₂O₃ oxidado em espécies solúveis de Cr(VI), provocando corrosão transpassiva em torno de 1000 mV, abaixo dos 1600 mV necessários para a oxidação da água.
Mesmo o 254SMO, liga de cromo de referência pela resistência à corrosão por pites em água do mar, alcança esse limite de alta tensão. Ele funciona em ambientes marítimos comuns, mas a produção de hidrogênio cria ambiente eletroquímico extremo.
Segundo escudo surpreendeu pesquisadores
A solução da HKU foi chamada de passivação dupla sequencial. Em vez de depender apenas da barreira de Cr₂O₃, o SS-H₂ forma uma segunda camada protetora.
Primeiro aparece a película passiva à base de Cr₂O₃. Depois, por volta de 720 mV, uma camada à base de manganês se forma sobre a camada de cromo, protegendo o aço em ambientes com cloretos até 1700 mV.
A descoberta surpreendeu porque o manganês não era visto como aliado da resistência à corrosão. O Dr. Kaiping Yu, primeiro autor, afirmou que a equipe não acreditou nos resultados, pois a visão predominante era que o Mn prejudicava o aço inoxidável.
Yu afirmou que a passivação à base de Mn é contraintuitiva e não pode ser explicada pelo conhecimento atual em ciência da corrosão. A equipe foi convencida após resultados atômicos e passou a buscar o mecanismo.
Seis anos até a aplicação industrial
O avanço exigiu quase seis anos entre a observação inicial, a explicação científica, a publicação e o uso industrial potencial. Huang afirmou que a estratégia superou a limitação fundamental do aço inoxidável convencional e estabeleceu novo paradigma para ligas aplicáveis a altos potenciais.
As conquistas foram submetidas a pedidos de patente em diversos países, e duas patentes já haviam sido concedidas no anúncio da HKU. A equipe informou que toneladas de fio à base de SS-H₂ foram produzidas com uma fábrica da China continental.
Huang reconheceu que transformar materiais experimentais em produtos reais, como telas e espumas, ainda exige tarefas desafiadoras. Mesmo assim, afirmou que a produção do fio representa um grande passo rumo à industrialização e à aplicação do SS-H₂ na produção de hidrogênio renovável.
Avanço ainda depende de engenharia
Embora o estudo tenha sido publicado em 2023, o problema segue relevante. Pesquisas recentes continuam voltadas a materiais resistentes à corrosão, eletrodos duráveis, supressão de cloro e sistemas capazes de operar com água do mar real.
O SS-H₂ ainda não é uma solução pronta para a economia do hidrogênio. Seu potencial está em substituir componentes caros à base de titânio por aço inoxidável resistente à alta voltagem em água do mar, abrindo caminho para produção mais barata e escalável.
