Fig. 1. Total vätefördelning i stål efter 3 % dragtöjningsbelastning motsvarande vätgastryck på (a) 1 bar, (b) 100 bar, (c) 200 bar och (d) 1000 bar. Kredit:Delfts tekniska universitet
Vätgas anses vara en viktig energibärare med potential att omforma energilandskapet i framtiden. Att distribuera stora mängder väte kräver säkra stålrörledningar. Stålrörledningar kan bli spröda på grund av väte och kan därför gå sönder. Fascinerad av detta akuta problem, Carey Walters (MTT), Othon Moultos (P&E) och Poulumi Dey (MSE) gick samman och vände sig till sammanhållningsprogrammet för att arbeta med detta tillsammans.
De samarbetade med Abdelrahman Hussein och Gagus Ketut för att undersöka orsaken till sprödheten, och få nya insikter i de komplexa bakomliggande fysiska fenomenen. Deras resultat syftar till att förbättra lagringen, distribution och användbarhet av vätgas. Resultaten har nyligen publicerats med öppen tillgång i Acta Materialia och den International Journal of Hydrogen Energy .
Othon Moultos, biträdande professor teknisk termodynamik, säger, "Poulumi, Carey och jag har arbetat med frågan om lagring och distribution av väte under en tid, om än i olika skala. Genom att sammanföra vår expertis från de olika områdena inom maritim teknik, materialvetenskap och processteknik verkade vara ett logiskt drag. Som ett resultat, vi kunde undersöka väte och dess distribution på en mångskalenivå, allt från den atomistiska upp till makroskalan. Vi fick användbar kunskap om effektiv lagring och beständighet hos höghållfasta stål mot väteförsprödning. Vår forskning har också motiverat utarbetandet av ett nytt NWO-förslag som stöds av viktiga industriella intressenter inom vätedistribution. Detta sammanhållningsprojekt lägger verkligen grunden för ett mer omfattande och varaktigt partnerskap."
Abdelrahman Hussein, postdoc i fartygs- och offshorestrukturer, säger, "Vi använde RVE och kristallplasticitet för att visa hur mikromekaniska spänningar ackumulerar väte vid korngränserna. Vi visar också hur ökad sträckgräns resulterar i högre lokalisering av väte, öka känsligheten för skador. Detta virtuella ramverk kan öka vår förståelse för väteförsprödning och påskynda utvecklingen av väteresistenta legeringar."
Fig. 2. Molecular Dynamics simuleringsögonblicksbilder av stresskoncentration, band bryta, sprickbildning och tillväxt vid 300 K i en enda vakans innehållande grafenark med vakanskanten funktionaliserad med sex väteatomer. Kol- och väteatomer är färgade enligt motsvarande atomära spänningar. (a) Spänningsfördelning i det hydrerade grafenarket innan bindningen bryts. Väteatomernas orientering betecknas med "U" för upp, "D" för ned och "SD" för något ned. (b) Brytning av de sp2-hybridiserade C–C-bindningarna nära den hydrerade vakansen. (c) Spricktillväxt längs y-riktningen härrörande från den hydrerade vakansen. (d) Successiv avbindning av sp2-hybridiserade C–C-bindningar längs fåtöljens riktning som leder till brottet på grafenarket. Kredit:Delfts tekniska universitet