– Los investigadores del Instituto IMDEA Materiales investigan las aleaciones de alta entropía como solución para el almacenamiento y transporte de hidrógeno en el proyecto NATURE.

– NATURE es un subproyecto del proyecto coordinado “Aleaciones de Alta Entropía resistentes a la Fragilización por Hidrógeno” (EARTH) (ref. TED2021-130255B-C31) y forma parte de la estrategia de la Unión Europea para convertirse en el primer continente climáticamente neutro en 2050.

En la transición a una energía sostenible, las tecnologías basadas en el hidrógeno han emergido como una solución prometedora.

Sin embargo, uno de los desafíos radica en el almacenamiento eficiente del hidrógeno. Los aceros austeníticos tradicionales, comúnmente utilizados en recipientes de hidrógeno, sufren de fragilidad en contacto con este.

Para hacer frente a este reto, NATURE se centra en el estudio de las aleaciones de alta entropía (HEAs, por sus siglas en inglés), con propiedades superiores y potencial para revolucionar las aplicaciones relacionadas con el hidrógeno.

Las HEAs ofrecen una serie de ventajas sobre los metales tradicionales, como una mayor resistencia mecánica, una ductilidad mejorada y mejor estabilidad a altas temperaturas, entre otras.

Los objetivos del ambicioso proyecto NATURE, financiado por la Agencia Estatal de Investigación (AEI) a través del programa de Proyectos Estratégicos Orientados a la Transición Ecológica y a la Transición Digital y coordinado por la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), consisten en explorar el diseño de composición, fabricación y modelización de estas aleaciones para el almacenamiento de hidrógeno.

Para lograr el objetivo de obtener un HEA con una resistencia superior a la fragilización por hidrógeno, el estudio aborda tanto la selección de formación de fases adecuada mediante el diseño de la composición utilizando técnicas de simulación termodinámica, como por la modificación microestructural mediante pulvimetalurgia avanzada y fabricación aditiva.

Además del Instituto IMDEA de Materiales y la UC3M, la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) también es un socio colaborador en el proyecto.

«La UC3M y el IMDEA Materiales están trabajando conjuntamente en el diseño de la composición y la fabricación de HEAs a través de diferentes rutas», explicó la profesora Paula Alvaredo, de la UC3M. «Mientras tanto, investigadores de la UPM llevan a cabo simulaciones y modelización para comprender cómo la red compleja influye en la difusión de los átomos de hidrógeno, así como las modificaciones en la morfología de los microconstituyentes pueden modular la fragilización del hidrógeno.», añadió.

La razón del desarrollo acelerado de las HEAs se basa en que estas aleaciones “tienen una composición compleja, que consta de más de cinco elementos de aleación. Esto crea una red distorsionada que puede cambiar los mecanismos de difusión y las características resistentes”, reveló la profesora Alvaredo.

En este sentido, se requiere una investigación exhaustiva para que los beneficios potenciales de las HEAs en comparación con los metales tradicionales puedan ser aprovechados plenamente.

La fragilización por hidrógeno ocurre cuando la ductilidad de un metal se reduce debido a la absorción de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno, al ser pequeños, pueden penetrar en los metales sólidos. Una vez absorbido, el hidrógeno disminuye la tensión necesaria para que se inicien y propaguen las grietas en el metal, lo que resulta en la fragilización.

El equipo de investigación de IMDEA Materiales compuesto por el Dr. Damien Tourret, el Dr. Juan Alberto Meza y la Dra. María de Nicolás, impulsa el estudio de estas aleaciones.

“Cuando hay una atmosfera de hidrógeno molecular, suele empeorar las propiedades mecánicas, lo que provoca que las aleaciones metálicas se vuelvan más frágiles», aclaró el Dr. Meza.

Y añadió la Dra. de Nicolás que “este proyecto involucra todas las fases de procesamiento para ver que efecto tiene el material y optimizar esa forma de fabricación y evitar a toda costa esa fragilización.”

Esta publicación es parte del proyecto TED2021-130255B-C31, financiado por MCIN/AEI/10.13039/501100011033 y por la Unión Europea “NextGenerationEU”/PRTR.