Des chercheurs Hongkongais ont réalisé une innovation majeure dans le domaine de l’acier inoxydable, ouvrant la voie à de nouvelles applications dans la production d’hydrogène vert. Cette découverte pourrait révolutionner cette industrie, en rendant la production plus économique et plus durable.
Le projet ‘Super Steel’
Le Professeur Huang et son équipe de l’Université de Hong Kong ont déjà fait parler d’eux avec leur projet ‘Super Steel‘. Après avoir développé un acier inoxydable anti-COVID-19 en 2021 et un super acier ultra-résistant et ultra-dur en 2017 et 2020, ils ont maintenant mis au point un nouvel acier inoxydable pour l’hydrogène (SS-H2).
Cet acier présente une résistance à la corrosion élevée, ce qui le rend potentiellement applicable à la production d’hydrogène vert à partir de l’eau de mer. Sa performance dans un électrolyseur d’eau salée est comparable à celle du titane actuellement utilisé dans l’industrie, mais à un coût bien inférieur.
Une nouvelle approche de la passivation
Depuis sa découverte il y a un siècle, l’acier inoxydable a toujours été un matériau important largement utilisé dans les environnements corrosifs. Le chrome est un élément essentiel pour établir la résistance à la corrosion de l’acier inoxydable.
Un film passif est généré par l’oxydation du chrome (Cr) et protège l’acier inoxydable dans les environnements naturels. Malheureusement, ce mécanisme conventionnel de passivation unique basé sur le chrome a freiné les progrès de l’acier inoxydable.
Le super acier inoxydable 254SMO, par exemple, est une référence parmi les alliages anticorrosion à base de Chrome (Cr) et présente une résistance supérieure aux piqûres dans l’eau de mer ; toutefois, la corrosion trans-passive limite son application à des potentiels plus élevés.
En plus de la couche passive unique basée sur le Cr2O3, une couche secondaire à base de manganèse (Mn) se forme sur la couche précédente à base de Chrome (Cr) à ~720 mV. Ce mécanisme de double passivation séquentielle empêche le SS-H2 de corroder dans les milieux chlorés jusqu’à un potentiel ultra-élevé de 1700 mV.
Le SS-H2 représente une avancée fondamentale par rapport à l’acier inoxydable conventionnel.
Des implications industrielles significatives
Actuellement, pour les électrolyseurs d’eau dans l’eau de mer dessalée ou les solutions acides, des composants structurels coûteux en Titane (Ti) revêtus d’or (Au) ou de Platine (Pt) sont nécessaires.
Par exemple, le coût total d’un système de réservoir d’électrolyse PEM de 10 mégawatts en son état actuel est d’environ 17,8 millions de dollars Hongkongais (soit 2,2 millions d’euros), les composants structurels contribuant jusqu’à 53% de la dépense globale.
L’innovation de l’équipe du Professeur Huang rend possible le remplacement de ces composants structurels coûteux par un acier plus économique. L’utilisation du SS-H2 pourrait réduire le coût du matériau structurel d’environ 40 fois, démontrant un grand potentiel d’applications industrielles.
En synthèse
La découverte de l’équipe du Professeur Huang représente une avancée significative dans le domaine de l’acier inoxydable et de la production d’hydrogène. En développant un nouvel acier inoxydable résistant à la corrosion et économique, ils ont ouvert la voie à de nouvelles applications dans la production d’hydrogène vert.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le projet ‘Super Steel’?
Le projet ‘Super Steel’ est une initiative de recherche menée par l’équipe du Professeur Mingxin Huang de l’Université de Hong Kong, qui vise à développer de nouveaux types d’acier inoxydable avec des propriétés améliorées.
Qu’est-ce que le nouvel acier inoxydable pour l’hydrogène (SS-H2)?
Le SS-H2 est un nouvel acier inoxydable développé par l’équipe du Professeur Huang. Il présente une résistance à la corrosion élevée, ce qui le rend potentiellement applicable à la production d’hydrogène vert à partir de l’eau de mer.
Qu’est-ce que la « passivation séquentielle double »?
La «passivation séquentielle double» est une stratégie utilisée par l’équipe du Professeur Huang pour développer le SS-H2. Elle consiste à former une couche passive à base de Cr2O3, suivie d’une couche secondaire à base de Mn, ce qui empêche le SS-H2 de corroder dans les milieux chlorés jusqu’à un potentiel ultra-élevé de 1700 mV.
Quelles sont les implications industrielles de cette découverte?
Cette découverte pourrait permettre de remplacer les composants structurels coûteux actuellement utilisés dans les électrolyseurs d’eau par un acier plus économique. L’utilisation du SS-H2 pourrait réduire le coût du matériau structurel d’environ 40 fois.
Quels sont les prochains défis pour l’équipe du Professeur Huang?
L’équipe du Professeur Huang travaille actuellement à la production de matériaux expérimentaux, tels que des mailles et des mousses, pour les électrolyseurs d’eau. Ils collaborent également avec une usine du continent pour produire des tonnes de fil à base de SS-H2.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| 1. Le projet ‘Super Steel’ a développé un nouvel acier inoxydable pour l’hydrogène (SS-H2). |
| 2. Le SS-H2 présente une résistance à la corrosion élevée. |
| 3. Le SS-H2 est potentiellement applicable à la production d’hydrogène vert à partir de l’eau de mer. |
| 4. La performance du SS-H2 dans un électrolyseur d’eau salée est comparable à celle du titane. |
| 5. Le coût du SS-H2 est beaucoup plus bas que celui du titane. |
| 6. L’équipe du Professeur Huang a utilisé une stratégie de « passivation séquentielle double » pour développer le SS-H2. |
| 7. L’utilisation du SS-H2 pourrait réduire le coût du matériau structurel d’environ 40 fois. |
| 8. L’équipe du Professeur Huang travaille actuellement à la production de matériaux expérimentaux pour les électrolyseurs d’eau. |
| 9. L’équipe du Professeur Huang collabore avec une usine du continent pour produire des tonnes de fil à base de SS-H2. |
| 10. La découverte du SS-H2 pourrait avoir un impact majeur sur l’industrie de l’hydrogène. |
Références
Légende illustration principale : Le nouvel acier inoxydable pour l’hydrogène mis au point par l’équipe. Crédit : Université de Hong Kong
« A sequential dual-passivation strategy for designing stainless steel used above water oxidation. » Kaiping Yu et al, Materials Today (2023). DOI: 10.1016/j.mattod.2023.07.022
