En el seno de H2MAT+ AZTERLAN trabaja en el diseño, el desarrollo y la evaluación de materiales metálicos y estructuras híbridas para el almacenamiento, transporte y distribución de hidrógeno en condiciones seguras, duraderas y que permitan minimizar el peso de componentes críticos implicados en dichas aplicaciones. El proyecto aborda asimismo el análisis detallado de los mecanismos de degradación de los materiales metálicos en entornos en los que está presente el hidrógeno. Estos materiales son herramientas habilitadoras para el avance tecnológico y sostenible de sectores vinculados con la energía (eólico off-shore, oil&gas, …), de la mano de la industria de transformación metal-mecánica.
La absorción de hidrógeno por parte de los materiales metálicos en contacto con este elemento pone en peligro la funcionalidad y la integridad de componentes y estructuras metálicas. Es necesario desarrollar materiales más resistentes a efectos combinados de corrosión, cargas mecánicas y fenómenos de fragilización por hidrógeno para impulsar su uso como fuente de energía sostenible, facilitando la transición hacia la economía del hidrógeno desde el dominio tecnológico de los múltiples retos asociados a la misma.
Como explica Fernando Santos, responsable de la línea de investigación de Materiales y Procesos Especiales de AZTERLAN, “para poder desarrollar nuevas aleaciones metálicas o estructuras híbridas que ofrezcan un buen rendimiento en contacto directo con el hidrógeno, es necesario comprender los fenómenos que a escala microestructural condicionan el comportamiento de los materiales en dicha interacción, o cuando su nivel de concentración en el entorno de uso es muy elevado”.
La selección de un material adecuado para su uso en un sistema o una aplicación en la que está presente el hidrógeno implica varios factores, tales como: compatibilidad con el hidrógeno (fenómenos de fragilización, porosidad, ataque, permeación y/o difusión de hidrógeno), compatibilidad con otros materiales, propiedades y desempeño en función de las condiciones de uso (efectos de cambios en temperatura y presión en ductilidad y expansión/compresión), compatibilidad con las condiciones ambientales y análisis detallado de los potenciales modos de fallo en servicio. Asimismo, son factores importantes la factibilidad para su transformación, la soldabilidad, el coste económico y la propia disponibilidad de estos materiales (que en ocasiones cuentan con elementos de aleación considerados como críticos en la cadena de suministro).
Se trata de un importante esfuerzo investigador enmarcado en el seno del proyecto H2MAT+, en el que “AZTERLAN orienta sus capacidades al desarrollo de nuevos materiales para ser utilizados en aplicaciones de almacenamiento, transporte y distribución de hidrógeno bajo las requeridas condiciones de seguridad mediante el empleo de materiales capaces de mitigar los fenómenos de fragilización por hidrógeno, minimizando el peso de los componentes y estructuras, con propiedades adicionales de resistencia mecánica y resistencia a la corrosión que permitan extender su vida útil”. Con esta motivación, el Centro Tecnológico especializado en metalurgia se centra en el desarrollo y la caracterización avanzada de dos tipos de materiales: aquellos que puedan ser usados para trabajar y contener el hidrógeno en estado gaseoso (para lo cual se pretenden desarrollar estructuras multicapa), y los que van a emplearse para almacenar y/o transportar el hidrógeno en estado sólido, «centrándonos en este caso en materiales de la familia de las aleaciones de alta entropía o HEA (High Entrophy Alloys)».
Con este fin, el equipo de AZTERLAN investiga a su vez el comportamiento de composites metálicos multicapa acero/aluminio en lo que respecta al comportamiento mecánico, la fragilización y la permeación por hidrógeno. Estos composites multicapa serán fabricados utilizando una novedosa técnica de co-moldeo por inmersión que tiene su origen en el proyecto Elkartek HIPERION II, centrado en el desarrollo de tecnologías para la exploración del espacio. Del mismo modo, se van a estudiar potenciales HEAs que tengan como característica fundamental la capacidad para almacenar hidrógeno en forma de hidruros, para lo que se van a realizar estudios detallados de capacidad de adsorción y desorción de hidrógeno.
Materiales más resistentes a los fenómenos de fragilización por hidrógeno orientados a aplicaciones del sector eólico off-shore
Además de su utilización para el almacenamiento, transporte y distribución de hidrógeno, el desarrollo de materiales más resistentes a entornos ricos en hidrógeno es también un reto para otras aplicaciones relacionadas con las energías renovables. Un caso concreto es el sector eólico off-shore, en el que sus componentes y estructuras se encuentran expuestos a entornos acuáticos marinos donde el efecto combinado de la presencia de hidrógeno por reacciones electroquímicas de descomposición del agua y la elevada concentración salina favorecen su deterioro y el desarrollo de múltiples mecanismos de fallo. El consorcio de H2MAT+ centra de igual forma parte de su esfuerzo investigador en el desarrollo de nuevas aleaciones para este entorno de aplicación.
Los/as investigadores/as de AZTERLAN Fernando Santos, Mikel Rouco y Enara Mardaras con el equipo de investigación de H2MAT+ en la reunión de lanzamiento del proyecto. Fuente: Cluster de Energía
“Aunque H2MAT+ ha venido a recoger el testigo de los avances y desarrollos conseguidos en H2MAT (Elkartek 2022-2023), el proyecto se sigue adaptando a los retos y necesidades de la industria en relación con el hidrógeno. El sector eólico marino se enfrenta a importantes desafíos en el campo de los materiales, algunos de ellos asociados a la durabilidad de los componentes sumergidos que, además, tienen que responder a importantes solicitudes mecánicas”. La incorporación de la empresa VMI, Vicinay Marine Innovación, en el consorcio del proyecto refuerza esta apuesta estratégica.
El consorcio de H2MAT+ se encuentra participado por Mondragon Goi Eskola Politeknikoa (líder del proyecto), UPV/EHU, los centros tecnológicos miembros del BRTA Azterlan, Ceit y Tecnalia, las unidades de I+D empresariales Tubacex Innovación y Vicinay Marine Innovación, y el Clúster de Energía. Este ambicioso proyecto se encuentra financiado por el programa Elkartek (KK_2024_00021) del Gobierno Vasco.
