Novo aço inoxidável reduz custos na produção de hidrogênio verde com água do mar

Pesquisadores da Universidade de Hong Kong (HKU) desenvolveram o SS-H₂, um aço inoxidável capaz de resistir à corrosão em ambientes agressivos, visando viabilizar a produção de hidrogênio verde utilizando água do mar. A inovação foca na superação de um obstáculo crítico dos eletrolisadores: a necessidade de materiais estruturais que suportem a salinidade e a alta voltagem sem a dependência de componentes caros.

A produção de hidrogênio verde ocorre por meio da separação da água em hidrogênio e oxigênio via eletricidade. Embora a água do mar seja abundante, a presença de sal e íons de cloreto, somada a reações secundárias, costuma danificar os componentes do sistema. Atualmente, para mitigar esse problema, utilizam-se materiais à base de titânio revestidos com ouro ou platina, que apresentam alto custo. O SS-H₂ demonstrou desempenho comparável a esses materiais, mas com uma viabilidade financeira significativamente maior.

Em um sistema PEM de 10 megawatts, estima-se que o custo total seja de HK$ 17,8 milhões, sendo que os componentes estruturais representam até 53% desse valor. A substituição desses itens pelo novo aço inoxidável poderia reduzir esse custo específico em cerca de 40 vezes.

O aço inoxidável tradicional baseia sua proteção em uma película passiva de cromo. No entanto, essa barreira possui um limite: em potenciais elevados, o óxido de cromo se transforma em espécies solúveis de Cr(VI), resultando em corrosão transpassiva por volta de 1000 mV. Esse valor é insuficiente para a oxidação da água, que exige 1600 mV. Mesmo ligas de referência como a 254SMO, resistente a pites em água do mar, falham sob as condições eletroquímicas extremas da produção de hidrogênio.

Para resolver essa limitação, a equipe da HKU implementou a estratégia de passivação dupla sequencial. O SS-H₂ cria primeiro a película de Cr₂O₃ e, a partir de 720 mV, desenvolve uma segunda camada protetora à base de manganês. Essa estrutura conjunta protege o aço em ambientes com cloretos até 1700 mV.

A descoberta rompe com a percepção anterior da ciência da corrosão, que considerava o manganês um elemento prejudicial ao aço inoxidável. O Dr. Kaiping Yu, primeiro autor do estudo, relatou que a eficácia da passivação por manganês foi inicialmente surpreendente e contraintuitiva, sendo confirmada apenas após análises atômicas.

O desenvolvimento do material levou quase seis anos, abrangendo desde a observação inicial até a publicação na revista Materials Today. O projeto, batizado de “Super Aço”, já havia gerado versões de aço inoxidável ultrarresistentes em 2017 e 2020, além de uma variante anti-COVID-19 em 2021.

A tecnologia já possui pedidos de patente em diversos países, com duas concessões confirmadas. A industrialização do SS-H₂ começou com a produção de toneladas de fios em uma fábrica na China continental. Embora a transformação do material em produtos complexos, como espumas e telas, ainda seja um desafio técnico, a fabricação dos fios é considerada um passo decisivo para a aplicação em larga escala.

Apesar de a pesquisa ter sido publicada em 2023, a busca por eletrodos duráveis e sistemas que operem com água do mar real permanece central na área. O SS-H₂ posiciona-se como uma alternativa para substituir o titânio por aço resistente a alta voltagem, tornando a produção de hidrogênio renovável mais barata e escalável.