Hong Kong Üniversitesinden bir grup araştırmacı, deniz suyundan temiz hidrojen gazı elde etme sürecindeki zorlu koşullara dayanabilen yeni bir tür çelik geliştirdi. Dr. Kaiping Yu ve arkadaşları tarafından yapılan araştırmanın sonuçları Materials Today’de yayımlandı.
Hidrojen gazı çevreyi kirletmeyen temiz bir enerji kaynağıdır. Hidrojen gazı üretmek için öne çıkan kaynakların başında ise deniz suyu gelir. Hidrojen gazı elde etmenin bir yolu, tuzlu sulardaki su moleküllerini elektrolizle (elektrik akımı kullanarak) bileşenlerine ayırmaktır.
Bugün deniz suyundan hidrojen gazı elde etmekle ilgili çeşitli zorluklar var. Deniz suyundaki tuzlar, klor iyonları, yan tepkimeler ve aşınma, süreçte kullanılan ekipmanların kısa ömürlü olmasına yol açıyor. Bu durum maliyeti artırıyor. Maliyeti artıran en önemli bileşenlerden biri de yapısal elemanlar. Günümüzde tuzlu su elektrolizörlerinde zorlu koşullara dayanıklı bir yapı oluşturmak için altın ya da platinle kaplanmış titanyum kullanılıyor.
Tuzlu su elektrolizörlerinde maliyeti düşürmenin bir yolu, yapısal elemanlarda paslanmaz çelik kullanmak olabilir. Ancak her ne kadar görece çok dayanıklı bir malzeme olsa da suyu bileşenlerine ayrıştırmak için gerekli koşullar altında sıradan paslanmaz çeliğin yapısı bozuluyor.
Paslanmaz çeliğin temel özelliği, koruyucu bir katmanla kaplı olmasıdır. Bileşiminde bulunan kromun oksitlenmesiyle malzemeyi çevreleyen ince bir katman ortaya çıkar. Her ne kadar aşırı ince olsa da bu koruyucu katman çevresel faktörlerin etkilerinin malzemenin içine ulaşmasını engeller. Söz konusu suyun elektrolizle bileşenlerine ayrılması olduğunda sıradan çelikle ilgili temel sorun, koruyucu katmanın elektroliz için gerekli yüksek elektriksel potansiyellere dayanıklı olmamasıdır.
Hong Kong Üniversitesinden Prof. Mingxin Huang önderliğinde çalışmalar yapan araştırmacılar yeni bir tür çelik geliştirdi. İki ayrı koruyucu katmana sahip malzeme, suyun elektrolizi için gerekli elektriksel potansiyeller altında da yapısını korumayı başarıyor. Üstelik malzemenin maliyeti bugün suyun elektrolizinde kullanılan titanyum bazlı yapısal malzemelerin kırkta biri kadar.
Yeni geliştirilen çeliğin sıradan çelikten en temel farkı, bileşiminde görece yüksek oranda mangan bulunması. Malzeme 720 mV’un üzerinde bir potansiyele maruz kaldığında krom oksit içeren katmanın etrafında mangan içeren ikinci bir koruyucu katman oluşuyor. Bu katman, klor iyonu içeren ortamlarda malzemeyi 1.700 mV’a varan elektrik potansiyellerine karşı korumayı başarıyor. Bu değer, suyun elektrolizi için gereken 1.600 mV’luk elektriksel potansiyel direncinin üzerinde.
İlginç bir nokta, manganın genel olarak paslanmaz çeliğin aşınma direnci açısından iyi bir malzeme olarak görülmemesi. Her ne kadar sıradan çeliğe de sertliği ve gücü artırmak için bir miktar mangan eklense de aşınma hakkındaki güncel bilgiler, manganın paslanmaz çeliğin aşınma direncini azaltacağını söylüyor. Araştırmacılar, bu beklenmeyen durumu keşfetmeleriyle detaylı bilimsel açıklamalar içeren makalelerini yayımlamaları arasında altı sene olduğunu belirtiyor.
Geliştirilen süper çeliğin sanayide kullanılmaya başlaması için hâlâ aşılması gereken mühendislik sorunları olduğu söyleniyor. Yine de geliştirilen malzeme, temiz hidrojen gazı üretiminde kullanılan tuzlu su elektrolizörlerindeki pahalı malzemelerin yerini alarak maliyetleri büyük oranda düşürmeye ve sanayi ölçeğinde kullanılmaya aday.
Detaylı bilgiye Materials Today’da yayımlanan makaleden ulaşabilirsiniz.
Kaynak:
