Новая нержавеющая сталь заменит титан в производстве водорода 27.09.2026

Производство водорода с помощью электролиза требует материалов, способных длительное время работать в агрессивной химической среде и при высоких электрических напряжениях. Даже нержавеющая сталь, которая обычно отличается высокой устойчивостью к коррозии, в таких условиях постепенно разрушается. Поэтому в наиболее ответственных элементах электролизеров приходится использовать гораздо более дорогие материалы, прежде всего титан. Исследователи из Университета Гонконга предложили новый сплав, который потенциально способен значительно сократить зависимость от титана.

Материал получил название SS-H2, а его главное преимущество заключается в необычном механизме защиты поверхности. Обычная нержавеющая сталь сохраняет устойчивость благодаря тонкой пассивирующей пленке на основе оксида хрома. Этот слой изолирует металл от агрессивной среды и препятствует дальнейшему развитию коррозии. Однако при достаточно высоком электрическом напряжении защитная пленка может разрушаться, после чего традиционная нержавеющая сталь начинает терять свои преимущества.

Разработчики SS-H2 нашли способ компенсировать эту уязвимость. Когда первый защитный слой на основе хрома перестает выполнять свою функцию, на поверхности нового сплава формируется дополнительный слой, связанный с марганцем. Исследователи назвали такой механизм последовательной двойной пассивацией. Фактически материал располагает двумя уровнями защиты, которые включаются последовательно по мере ужесточения условий эксплуатации.

Испытания проводились в соленой воде, концентрация соли в которой была близка к морской. В этих условиях SS-H2 сохранял устойчивость к коррозии вплоть до напряжения примерно 1700 мВ. Это особенно важно для электролизных установок, поскольку достигнутый показатель превышает уровень, связанный с выделением кислорода в процессе электролиза. Следовательно, материал потенциально способен работать непосредственно в одной из наиболее агрессивных зон электролизера, где обычная нержавеющая сталь уже оказывается недостаточно надежной.

Сегодня для подобных условий часто применяют титан, обладающий высокой коррозионной стойкостью. В некоторых конструкциях его дополнительно защищают покрытиями из еще более дорогих материалов, включая золото или платину. Если SS-H2 подтвердит свои характеристики при длительной эксплуатации, часть таких компонентов теоретически можно будет заменить существенно более дешевой сталью. Это особенно интересно для крупных установок, где стоимость конструкционных материалов становится важной составляющей общей экономики оборудования.

По оценке команды исследователей, в большой PEM-установке потенциальная стоимость соответствующих конструкционных материалов может снизиться примерно в 40 раз. Однако эту цифру нельзя напрямую переносить на конечную цену производимого "зеленого" водорода. На его себестоимость влияют множество других факторов, включая стоимость электроэнергии, мембран, катализаторов и вспомогательного оборудования. Тем не менее значительное удешевление одного из дорогостоящих компонентов способно заметно улучшить экономические показатели крупных электролизеров.

Важным признаком практической перспективности разработки является то, что SS-H2 уже начал выходить за пределы лабораторных экспериментов. Исследователи сообщают, что совместно с промышленным партнером им удалось произвести тонны проволоки из нового сплава. Это означает, что специалисты уже проверяют не только принцип работы материала, но и возможность его изготовления в масштабах, более близких к промышленным.