Un nuovo acciaio inossidabile per la produzione di idrogeno verde potrebbe cambiare le regole del gioco
Un team di ricercatori dell’Università di Hong Kong ha sviluppato un acciaio inossidabile talmente resistente da lasciare di stucco perfino chi lo ha creato. Il materiale, battezzato SS-H2, è stato progettato per sopravvivere alle condizioni estreme richieste dalla produzione di idrogeno verde a partire dall’acqua di mare, e lo fa grazie a un meccanismo di protezione doppio che nessuno si aspettava. Parliamo di qualcosa che potrebbe sostituire i costosissimi componenti in titanio attualmente impiegati negli elettrolizzatori industriali, con un impatto economico enorme.
Il progetto, guidato dal Professor Mingxin Huang del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell’HKU, si inserisce nel più ampio programma “Super Steel” che negli anni ha già prodotto risultati notevoli: un acciaio anti COVID nel 2021, leghe ultra resistenti nel 2017 e 2020. Ma questa volta la scoperta ha un sapore diverso, perché tocca uno dei nodi più critici della transizione energetica.
Il problema è noto a chiunque si occupi di elettrolisi dell’acqua di mare: sale, ioni cloruro, reazioni collaterali e corrosione distruggono rapidamente i componenti degli elettrolizzatori. È per questo che oggi si usano parti in titanio rivestite con metalli preziosi come oro o platino. Funzionano, certo. Ma costano una fortuna. Per un sistema di elettrolisi PEM da 10 megawatt, i componenti strutturali possono rappresentare fino al 53% del costo totale. Secondo le stime del team di Hong Kong, passare al nuovo acciaio inossidabile SS-H2 potrebbe ridurre quel costo di circa 40 volte.
Perché l’acciaio tradizionale non regge e cosa rende SS-H2 diverso
L’acciaio inossidabile si protegge dalla corrosione da oltre un secolo grazie al cromo, che forma una pellicola passiva sulla superficie. Funziona benissimo in condizioni normali, ma c’è un limite strutturale: quando i potenziali elettrici salgono troppo, quel film protettivo si degrada. Il cromo stabile (Cr2O3) viene ulteriormente ossidato in specie solubili, causando la cosiddetta corrosione transpassiva già intorno ai 1000 mV. Peccato che per l’ossidazione dell’acqua servano almeno 1600 mV. Anche il 254SMO, un super acciaio inossidabile considerato un punto di riferimento per la resistenza in ambiente marino, non riesce a reggere quei livelli.
Ed è qui che entra in gioco la strategia del team HKU, chiamata “dual passivation sequenziale”. L’SS-H2 non si limita allo scudo tradizionale a base di cromo. Intorno ai 720 mV si forma un secondo strato protettivo a base di manganese, che si sovrappone al primo. Questo doppio scudo consente al materiale di resistere alla corrosione fino a un potenziale straordinario di 1700 mV, anche in ambienti ricchi di cloruro.
La cosa davvero sorprendente? Il manganese è sempre stato considerato un nemico della resistenza alla corrosione nell’acciaio inossidabile. Il Dr. Kaiping Yu, primo autore dello studio, lo ha ammesso candidamente: all’inizio nemmeno loro ci credevano. Lo hanno definito una scoperta “controintuitiva, che non può essere spiegata con le conoscenze attuali nella scienza della corrosione.” Solo dopo aver accumulato risultati a livello atomico, il team si è convinto.
Dalla sorpresa di laboratorio alla produzione industriale
Dalla prima osservazione alla pubblicazione sono passati quasi sei anni. Il percorso ha richiesto pazienza, verifiche incrociate e un lavoro certosino per passare dalla scoperta scientifica alla spiegazione profonda del fenomeno. Ma il progetto non è rimasto confinato nei laboratori. Sono stati depositati brevetti in più paesi, due dei quali già concessi al momento dell’annuncio ufficiale. E soprattutto, tonnellate di filo a base di SS-H2 sono già state prodotte in collaborazione con una fabbrica nella Cina continentale.
Il Professor Huang ha spiegato che trasformare materiali sperimentali in prodotti reali come reti e schiume per elettrolizzatori resta una sfida complessa, ma il passo verso l’industrializzazione è stato significativo. Nel frattempo, la ricerca più recente sulla elettrolisi diretta dell’acqua di mare continua a confermare che corrosione, reazioni secondarie e durata limitata dei componenti restano i principali ostacoli alla commercializzazione su larga scala.
L’SS-H2 non è ancora una soluzione pronta all’uso per l’economia dell’idrogeno. Ma un acciaio inossidabile capace di resistere ad alte tensioni in acqua salata, sostituendo componenti in titanio da migliaia di euro, potrebbe rendere la produzione di idrogeno più economica, scalabile e davvero compatibile con le fonti rinnovabili. Per un settore dove costi e durabilità decidono il destino di ogni tecnologia, un materiale che si costruisce da solo un secondo scudo protettivo potrebbe fare molto più che stupire i ricercatori.
