Hidrojen ekonomisinin bu zayıf halkası hakkında kimse konuşmuyor: metal

Hidrojen Ekonomisinin Zayıf Noktası: Metal

Almanya, Çin ve Fransa’daki araştırmacılar tarafından yapılan yeni bir çalışmaya göre, mevcut gaz türbinleri hidrojenle çalışmak için uygun değil.

Hidrojen yakıtının sürdürülebilir bir enerji çözümü olarak büyük heyecan yaratmasına rağmen, tamamen emisyonsuz olması için yenilenebilir enerji kullanılarak sudan elde edilmesi gerekiyor. Şu anda, dünya genelindeki hidrojenin çoğu fosil yakıt olan doğal gazdan üretiliyor ve bu süreçte atmosfere büyük miktarda karbondioksit salınıyor.

Ancak, hidrojen ekonomisinin karşılaştığı bir diğer önemli sorun, altyapı eksikliği. Hidrojen, metandan çok daha küçük bir molekül olduğu için, metal borular ve tanklar içinde kolayca sızabilir. Bu durum, şirketlerin zaten ABD’de hidrojeni taşırken karşılaştığı bir sorun.

Hidrojenin yüksek sıcaklık ve basınç koşullarında gaz türbinleri içindeki makinelere zarar verme potansiyeli, endüstri standardı nikel alaşımlarının (IN718) kullanıldığı durumlarda bile kritik bir sorun teşkil ediyor. Araştırmacılar, 600°C’ye (1112 Fahrenheit) kadar sıcaklıklara ulaşan hidrojenle çalışan türbinlerin içindeki süreçleri mekanik testlerle incelediler.

Araştırmaya göre, ısı eklendiğinde hidrojen, aynı sıcaklıkta olduğundan iki kat daha fazla hasar veriyor ve bu durum, makinenin tamamen bozulmasına yol açabilir. Bu durum, mevcut altyapının hidrojen yakıtıyla çalışacak şekilde dönüştürülmesi gerektiği anlamına geliyor.

Hidrojenin alaşımlara zarar verme şekli sıcaklığa bağlı olarak değişiyor ve çoğu sorun, 400°C ile 600°C arasındaki sıcaklık aralığında ortaya çıkıyor. 400°C’de türbinlerin esnekliği %30’a kadar düşebilir.

Max Planck Enstitüsü’nden Xizhen Dong, “Hidrojenin oda sıcaklığında nikel alaşımlarına girdiğinde genellikle yüzeylerde ve kusurlarda hapsolduğu” açıklamasında bulundu. “Yüksek sıcaklıklarda, hidrojen atomları karbon boşluklarına göç eder ve bunların kısmi olarak parçalanmasına neden olur. Ayrıca, hidrojen ve karbon atomları reaksiyona girerek metan oluşturur. Bu yüksek basınçlı metan, yüzeylerde zayıflamaya ve hasara yol açan yüksek bir yerel iç basınca neden olur.”

Alloy’ların mukavemetini artırmak için kullanılan karbürlerin varlığı, hidrojenle çalışan teknolojilerde uygun olmadığını gösteriyor. Öte yandan, hidrojenin neden olduğu kırılmaya karşı dayanıklı olan mevcut alloy’lar genellikle çok yumuşak. Bilim insanları, hidrojen taşımacılığı ve depolama için daha uygun malzemeler üzerinde çalışıyor. Bir araştırma ekibi, alüminyum-magnezyum alaşımına skandiyum ekleyerek malzemenin mukavemetini %40 artırmayı ve hidrojen kırılma direncini neredeyse beş kat yükseltmeyi başardı. Ancak türbinlerin dönen parçalarında daha fazla araştırmaya ve yeni alloy’ların keşfedilmesine ihtiyaç var.

Çalışmanın yayınlandığı Nature Materials dergisinin editörleri, “Bu bulgular, hidrojenle çalışan gaz türbinleri ve uçak motorları için malzeme tasarımında önemli hususlar olabilir” şeklinde bir ekleme yaptılar.