HONG KONG SAR - Proyek penelitian dan pengembangan baja super yang dipimpin oleh Profesor Mingxin Huang di Departemen Teknik Mesin Universitas Hong Kong (HKU) telah mencapai terobosan besar dalm hal bahan baja anti karat untuk produksi hidrogen yang tahan terhadap air garam (SS-H2).

Ini merupakan terobosan penting lainnya dalam penelitian dan pengembangan baja super baru yang dilakukan oleh tim teknik Profesor Huang menyusul pengembangan material baja tahan karat yang dapat membunuh virus corona baru (pada tahun 2021), material baja super kuat dan super tangguh pada tahun 2017 dan 2020.

Baja baru yang dikembangkan oleh tim ini menunjukkan ketahanan korosi yang tinggi, sehingga memungkinkan aplikasi potensial untuk produksi hidrogen hijau dari air laut, di mana solusi baru yang berkelanjutan masih dalam tahap pengembangan.

Kinerja baja baru dalam elektroliser air asin sebanding dengan praktik industri saat ini yang menggunakan Titanium sebagai bagian struktural untuk menghasilkan hidrogen dari air laut yang telah dihilangkan garamnya atau asamnya, sementara biaya baja baru ini jauh lebih murah.

Hasil penelitiannya telah dipublikasikan di Materials Today, jurnal unggulan di bidang ilmu material, bertajuk "Strategi pasif ganda berurutan untuk merancang baja tahan karat yang digunakan di atas oksidasi air". Pencapaian penelitian ini saat ini sedang mengajukan paten di berbagai negara, dan dua di antaranya telah mendapatkan izin.

Sejak ditemukan satu abad yang lalu, baja tahan karat telah menjadi bahan penting tahan korosi dan banyak digunakan dalam konstruksi, transportasi, makanan, medis, dan bidang lainnya. Baja tahan karat adalah paduannya, dan penambahan kromium adalah kunci ketahanan korosinya.

Film pasif (passivation kromium) yang dibentuk oleh oksidasi kromium dapat melindungi baja tahan karat dari korosi di lingkungan alam. Namun, ketika kromium dioksidasi lebih lanjut untuk membentuk kromium heksavalen yang larut, terjadi korosi pasivasi berlebih, yang menghambat ketahanan korosi baja tahan karat. Hal ini biasanya terjadi pada tegangan sekitar 1.000 mV (kalomel jenuh, SCE), yang lebih rendah dibandingkan elektrolisis air untuk produksi hidrogen.potensi operasi sekitar 1.600mV.

Tolok ukur saat ini untuk paduan anti-korosi berbasis kromium adalah baja tahan karat super 254SMO, yang memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dalam air laut; namun, korosi pasif berlebih membatasi penerapannya pada potensi yang lebih tinggi.

Tim Profesor Huang dari Universitas Hong Kong mengadopsi strategi baru "pasivasi ganda berkelanjutan" untuk mengembangkan baja tahan karat untuk produksi hidrogen baru dengan ketahanan terhadap korosi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Berbeda dari film pasivasi satu lapis tradisional, baja tahan karat baru membentuk lapisan baru film pasivasi berbasis mangan (Mn) berdasarkan film pasivasi berbasis kromium. Kombinasi pasif ganda kromium dan mangan ini dapat melindungi baja tahan karat baru dari korosi pada media klorida hingga 1700 mV. Dibandingkan dengan baja tahan karat tradisional, ketahanan terhadap korosi sangat meningkat.

"Pada awalnya kami tidak yakin dengan penemuan pasivasi berbasis Mn, yang berlawanan dengan intuisi dan tidak dapat dijelaskan oleh pengetahuan saat ini, karena kepercayaan umum adalah bahwa mangan merusak ketahanan korosi pada baja tahan karat. Namun, ketika kami mempelajari lebih lanjut hal ini fenomena yang kami peroleh dengan lebih banyak bukti di tingkat atom, kami akhirnya yakin bahkan lebih bersemangat untuk menggunakan mekanisme ini," tutur Dr. Kaiping Yu, penulis pertama makalah ini dan mahasiswa Profesor Huang.

Tim ini menghabiskan hampir enam tahun sejak penemuan pasivasi berbasis mangan hingga terobosan teori ilmiah hingga publikasi resmi hasil penelitian yang membuka pintu bagi penerapan industri baja tahan karat baru.

"Berbeda dengan komunitas korosi saat ini, yang terutama berfokus pada korosi berdasarkan potensi alami, kami fokus pada pengembangan paduan tahan korosi yang berpotensi tinggi. Passivasi ganda berkelanjutan mengatasi keterbatasan termodinamika baja tahan karat tradisional dan menyediakan metode yang sesuai untuk ketahanan korosi. pengembangan paduan yang berpotensi resisten. Terobosan ini menarik dan membuka bidang penerapan yang benar-benar baru," tutur Profesor Huang.

Saat ini, untuk elektroliser air dalam air laut yang mengandung garam atau larutan asam, diperlukan Ti berlapis Au atau Pt yang mahal untuk komponen struktural. Sebagai contoh, total biaya sistem tangki elektrolisis PEM 10 megawatt pada tahap saat ini adalah sekitar HK$17,8 juta, dengan komponen struktural berkontribusi hingga 53% dari keseluruhan biaya.

Terobosan yang dilakukan oleh tim Profesor Huang memungkinkan untuk mengganti komponen struktural yang mahal ini dengan baja yang lebih ekonomis. Seperti yang diperkirakan, penggunaan SS-H2 diharapkan dapat memangkas biaya material struktural sekitar 40 kali lipat, menunjukkan masa depan yang cerah untuk aplikasi industri.

"Hal ini menunjukkan nilai penerapan industri yang besar. Namun, mulai dari bahan percobaan hingga produk industri, pasti ada berbagai tantangan. Kami bekerja sama dengan sebuah pabrik di Tiongkok daratan dan berhasil memproduksi berton-ton kawat baja tahan karat baru untuk pengujian lebih lanjut. Kami berharap dapat menerapkannya baja hemat biaya ini untuk produksi hidrogen dan energi terbarukan," tutup Profesor Huang.

Silakan klik di sini untuk menonton video singkat tentang baja tahan karat untuk produksi hidrogen baru yang memproduksi hidrogen dalam air garam.

Keterangan Foto: Profesor Mingxin Huang dan Dr Kaiping Yu