Nova studija u Nature Materials pokazuje da vodonik u kontaktu sa industrijskom superlegurom IN718 nanosi znatno veću štetu pri povišenim temperaturama do 600°C. Najveći problemi javljaju se između ~400°C i 600°C, pri čemu duktilnost može pasti i do 30% oko 400°C. Mehanizam se svodi na migraciju vodonika u karbide i formiranje metana koji stvara lokalni pritisak i slabi interfejse. Zaključak je da će prelazak na vodonik zahtevati razvoj novih legura i pregradnju turbineškog materijalnog dizajna.
Slaba Karika Vodonične Ekonomije: Zašto Postojeće Gasne Turbine Nisu Spremne Za Vodonik
(Magwin/Moment/Getty Images)
Istraživači iz Nemačke, Kine i Francuske objavili su u časopisu Nature Materials studiju koja upozorava da postojeće gasne turbine i legure od kojih su pravljene možda nisu pogodne za rad na vodonik.
Šta su istraživači uradili?
Tim je mehaničkim testiranjem u uslovima povišenih temperatura i pritisaka ispitao industrijsku nikl-baziranu superleguru IN718 pri temperaturama do 600°C (1.112°F). Cilj je bio da se simuliraju uslovi u kojima bi gasne turbine radile ako se koriste vodonik umesto prirodnog gasa.
(Jose A. Bernat Bacete/Moment/Getty Images)
Glavni nalazi
Dodavanje toplote znatno je pojačalo štetni učinak vodonika: pri povišenim temperaturama vodonik je nanosio oko dvostruko veću štetu na leguri nego na sobnoj temperaturi, što može dovesti do ozbiljnih ili čak katastrofalnih otkaza komponenti.
Najveći problemi javljaju se tokom prelaza na više temperature — posebno između približno 400°C i 600°C. Pri oko 400°C duktilnost materijala je opala i do 30%.
Hydrogen-induced damage morphology at 25°C (a) and 200°C (b). (Konget al., Nat. Mater., 2026)
Mehanizam oštećenja
Kako objašnjava Xizhen Dong (Max Planck Institute for Sustainable Materials): na sobnim temperaturama vodonik se obično zarobljava na interfejsima i dislokacijama. Na povišenim temperaturama atomi vodonika migriraju u praznine ugljenika unutar karbida, dovodeći do njihove delimične dekompozicije. Dodatno, vodonik i ugljenik mogu reagovati i formirati metan — lokalno visoko pritisnut gas koji oslabljuje međufazne veze i podstiče oštećenja.
Karbidi u legurama daju mehaničku čvrstoću potrebnu za rad pri visokim pritiscima i obrtajima, ali upravo ta struktura čini karbidno ojačane legure ranjivim na vodonično oštećenje pri visokim temperaturama. Nasuprot tome, legure koje bolje podnose vodoničnu krhkost često su značajno mekše i ne odgovaraju zahtevima za rotirajuće, visokoopterećene delove turbina.
Implikacije i dalji pravci
Zaključak studije je jasan: prelazak na vodonik kao gorivo zahtevaće ne samo prilagođavanje transportne i skladišne infrastrukture, već i razvoj novih visokotemperaturnih legura otpornih na uticaj vodonika. U radu se navodi da su potrebne sveobuhvatne izmene dizajna i materijala za gasne turbine i avionske motore na vodonik.
Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter
Postojeći istraživački napori već tragaju za alternativama: primerice, eksperimenti sa dodatkom skandijuma u aluminijum‑magnezijum legure pokazali su poboljšanja čvrstoće i otpornosti na vodoničnu krhkost, ali rešenja za vruće, rotirajuće komponente turbina još nisu gotova.
Zaključak: Iako vodonik ima veliki potencijal za dekarbonizaciju energetike i saobraćaja, prelazak na vodoničko gorivo će zahtevati nove materijale i značajne izmene u dizajnu turbina — postojeće superlegure poput IN718 ne pružaju dovoljnu pouzdanost pri visokim temperaturama u kontaktu sa vodonikom.
Studija: Nature Materials.
Pomozite nam da budemo bolji.
