La fragilisation est l’un des principaux obstacles à la transition vers une économie mondiale de l’hydrogène. Un nouveau processus découvert par des chercheurs de l'Université de Sydney aide à mieux comprendre comment mieux le prévenir.
Pourquoi l'hydrogène rend les aciers cassants et fissurés est la grande énigme des ingénieurs et des chercheurs qui cherchent à développer des solutions de transport et de stockage à grande échelle pour l'ère de l'hydrogène, une ère que l'Australie espère diriger d'ici 2030.
Ils pourraient désormais faire un pas de plus vers la compréhension de l’effet de l’hydrogène sur les aciers, grâce à de nouvelles recherches de l’Université de Sydney. Les chercheurs ont découvert que l'ajout de l'élément chimique molybdène à l'acier renforcé de carbures métalliques améliore considérablement sa capacité à piéger l'hydrogène.
Publié dans Communications Nature , la découverte a été démontrée par une équipe dirigée par le professeur Julie Cairney, vice-chancelière adjointe (recherche – entreprise et engagement), et le Dr Yi-Sheng (Eason) Chen, et comprenant le Dr Ranming Liu et le Ph.D. candidat Pang-Yu Liu.
Ils ont utilisé une technique de microscopie avancée mise au point à l'Université de Sydney, connue sous le nom de tomographie par sonde atomique cryogénique, permettant l'observation directe de la distribution de l'hydrogène dans les matériaux.
"Nous espérons que cette étude nous permettra de mieux comprendre pourquoi la fragilisation par l'hydrogène se produit dans l'acier, ouvrant ainsi la voie à des solutions à grande échelle pour le transport et le stockage de l'hydrogène", a déclaré le professeur Cairney, basé au Centre australien de microscopie et de microanalyse. où la recherche a été menée.
La fragilisation par l'hydrogène est un processus par lequel l'hydrogène rend les matériaux à haute résistance comme l'acier cassants et fissurés. Les chercheurs affirment qu’il s’agit de l’un des plus grands obstacles à la transition vers une économie de l’hydrogène, car cela empêche l’hydrogène d’être stocké et transporté efficacement à haute pression. Cela fait de la compréhension et de la résolution de la fragilisation une question de plusieurs milliards de dollars pour le marché des énergies renouvelables.
"L'avenir d'une économie de l'hydrogène à grande échelle dépend en grande partie de cette question. L'hydrogène est notoirement insidieux; en tant que plus petit atome et molécule, il s'infiltre dans les matériaux, puis les fissure et les brise. Pour pouvoir produire, transporter, stocker efficacement et utiliser l'hydrogène à grande échelle, ce n'est pas idéal", a déclaré le Dr Chen.
Deloitte estime que le marché de l'hydrogène propre pourrait atteindre 1 400 milliards de dollars d'ici 2050.
Du molybdène a été ajouté à l'acier, combiné à d'autres éléments pour former une céramique extrêmement dure connue sous le nom de « carbure ». Les carbures sont souvent ajoutés aux aciers pour augmenter leur durabilité et leur résistance.
Grâce à leur technique de microscopie avancée, les chercheurs ont constaté que les atomes d'hydrogène piégés se trouvaient au cœur des sites de carbure, ce qui suggère que l'ajout de molybdène aide à piéger l'hydrogène. Cela a été comparé à un acier au carbure de titane de référence qui ne présentait pas le même mécanisme de piégeage de l'hydrogène.
"L'ajout de molybdène a contribué à accroître la présence de lacunes en carbone, un défaut des carbures capables de capturer efficacement l'hydrogène", a déclaré le Dr Chen.
Le molybdène ajouté ne représentait que 0,2 % de l'acier total, ce qui, selon les chercheurs, en fait une stratégie rentable pour réduire la fragilisation. Les chercheurs pensent que le niobium et le vanadium pourraient également avoir un effet similaire sur les aciers.
Plus d'informations : Pang-Yu Liu et al, Ingénierie des pièges à hydrogène en carbure métallique dans les aciers, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-45017-4
Fourni par l'Université de Sydney
