El hidrógeno, el vector energético del futuro, tiene características que hacen que trabajar con él sea extremadamente complejo: primero, es el elemento químico más ligero que existe, segundo, tiene facilidad para asociarse con otros elementos cambiando sus propiedades y tercero, tiene un baja densidad energética volumétrica. Estas características tan particulares hacen que el tratamiento del hidrógeno presente muchos retos. Entre ellos, son dos a los que se quiere dar respuesta desde H2MAT+: la fragilización y su almacenamiento eficiente.

Este proyecto está subvencionado por el Departamento de Industria, Transición Energética y Sostenibilidad del Gobierno Vasco (Programa ELKARTEK 2024), y el consorcio está coordinado por Mondragon Goir Eskola Politeknikoa, participando en él Azterlan, Ceit, Tubacex Innovación, Tecnalia, UPV/EHU y Vicinay Marine Innovación, además del Cluster de Energía.

Para que una estructura metálica sufra una rotura por fragilización por hidrógeno, el primer reto considerado, deben estar presentes al mismo tiempo tres condiciones elementales:

1. Que el material sea susceptible, es decir, que cumpla ciertas características microscópicas relacionadas con sus propiedades mecánicas.
2. Que se dé un esfuerzo de tracción elevado y/o una carga cíclica suficientes para causar grietas.
3. Que una fuente de hidrógeno esté o haya estado en contacto con el material.

De entre las tres condiciones anteriores, se va a trabajar en la primera, definiendo nuevas estructuras metálicas que puedan trabajar en contacto con el hidrógeno con menor susceptibilidad que los actuales. Para esta actividad se partirá de una evaluación y valoración previa de estos materiales que actualmente trabajan en ambientes con alto contenido de hidrógeno.

Conseguir materiales y combinaciones de materiales que puedan trabajar en ambientes ricos en hidrógeno será el primer gran reto de este proyecto, pero, dada la sinergia asociada a conocer cómo se compartan los materiales en esos ambientes, también habrá un objetivo secundario caracterizando materiales que podrían permitir almacenar hidrógeno de forma eficiente en estado sólido.

Otro reto del proyecto es el establecimiento y desarrollo de suficiente conocimiento y capacidad experimental para investigar aplicaciones sujetas a corrosión, fragilización y fatiga asistida por hidrógeno. Estas capacidades permitirán comprender el efecto del hidrógeno tanto en los materiales metálicos actuales como en los que se desarrollen en el proyecto. En concreto, se tendrá la capacidad de medir y evaluar cómo el hidrógeno es absorbido, adsorbido y desorbido por el material y cómo estas interacciones afectan a sus propiedades, tanto durante como tras el contacto con una fuente de hidrógeno.

Como parte de la solución que persigue H2MAT+ a los retos planteados, el consorcio ha seleccionado 4 estructuras metálicas que desarrollará, analizará y evaluará.

• Frente a la fragilización por hidrógeno se considera:
  • Usar aleaciones de alta entropía (HEA, de sus siglas en inglés) tanto de forma independiente como de recubrimiento de aceros.
  • Desarrollar de nuevas aleaciones de alta entropía específicas para su uso con hidrógeno.
  • Caracterizar nuevas formulaciones de aceros que puedan comportarse mejor a que los actuales en presencia de hidrógeno.
  • Caracterizar estructuras híbridas de acero aluminio respecto al hidrógeno.
• En cuanto a la problemática del almacenamiento del hidrógeno en estado sólido, se evaluarán aleaciones HEA que se usen en el proyecto y otras desarrolladas por los socios respecto a este fin.

Las estructuras metálicas seleccionadas serán evaluadas respecto a sus características de permeación y propiedades mecánicas en presencia de hidrógeno. Los socios avanzarán en el desarrollo del conocimiento sobre cómo optimizar su microestructura para mejorar su comportamiento frente al hidrógeno y, especialmente, de las interfases de uniones híbridas entre HEA y acero producidas mediante las tecnologías NSF (Near solidus Forming), fundición centrífuga, cofusión y HIP. Las características microestructurales de los materiales usados en H2MAT+, controladas mediante tratamientos térmicos u otros, determinan su comportamiento respecto a la absorción de hidrógeno.

Un valor añadido del proyecto es la capacidad de evaluación mecánica de materiales y estructuras. Las entidades de I+D integradas en H2MAT+ han usado el trabajo desarrollado en H2MAT, proyecto Elkartek previo, para posicionarse como un actor activo en el campo de ensayos de materiales en contacto con hidrógeno. Así, han diseñado y adquirido nuevos métodos de ensayo destinados a validar materiales metálicos en contacto con hidrógeno. Gracias a estas nuevas instalaciones y capacidades, evaluarán, por ejemplo, el comportamiento mecánico de estructuras híbridas aligeradas, aluminio/acero inoxidable, respecto al hidrógeno.

A la conclusión del proyecto, se llevará a cabo una evaluación y valoración técnico-económica integral de los materiales y estructuras obtenidas respecto a aceros usados en el transporte y almacenamiento de hidrógeno, y de otras familias de aceros de nueva generación.