महंगे टाइटेनियम की जगह ले सकता है नया 'हाइड्रोजन स्टेनलेस स्टील' मिश्रधातु

हांगकांग विश्वविद्यालय के मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग के प्रोफेसर मिंग्शिन हुआंग के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने 'हाइड्रोजन स्टेनलेस स्टील' (SS-H2) नाम की एक नई मिश्रधातु बनाई है। यह हाइड्रोजन बनाने वाली जल-वैद्युत-अपघटन प्रणालियों के भीतर के अत्यंत संक्षारक, उच्च-वोल्टेज माहौल को झेलने के लिए बनाई गई है। यह सामग्री हाइड्रोजन उत्पादन में इस्तेमाल होने वाले कुछ महंगे टाइटेनियम पुर्ज़ों की जगह सस्ते स्टील को ला सकती है।

जल-वैद्युत-अपघटन में, बिजली पानी को तोड़कर कैथोड पर हाइड्रोजन और एनोड पर ऑक्सीजन बनाती है। यदि यह बिजली नवीकरणीय स्रोतों से आती है, तो बनने वाले हाइड्रोजन को 'ग्रीन' हाइड्रोजन माना जाता है। समुद्री जल प्रचुर मात्रा में उपलब्ध होने और मीठे पानी के भंडार को बचाने के कारण एक आकर्षक जल स्रोत है, लेकिन इसकी लवणता धातु के पुर्ज़ों को, खासकर ऑक्सीजन बनाने वाले एनोड की ओर, बुरी तरह संक्षारित करती है। सामान्य स्टेनलेस स्टील इसलिए संक्षारण झेल पाता है क्योंकि उसमें मौजूद क्रोमियम एक पतली, खुद-ब-खुद ठीक होने वाली सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत बनाता है। लेकिन करीब 1,000 मिलीवोल्ट पर, 'ट्रांसपैसिव करोज़न' नामक प्रक्रिया में यह परत टूट सकती है। शोधकर्ताओं की परीक्षण स्थितियों में जल-ऑक्सीकरण होने वाले लगभग 1,600 मिलीवोल्ट के स्तर से यह काफी पहले होता है।

समुद्री जल की लवणता के करीब 3.5% सोडियम क्लोराइड घोल में किए गए परीक्षणों में, नई SS-H2 मिश्रधातु ने लगभग 1,700 मिलीवोल्ट तक संक्षारण झेला। यह 254SMO जैसे अत्यंत संक्षारण-प्रतिरोधी सामान्य स्टेनलेस स्टील के भी विफल होने की सीमा से आगे है। लोहे के साथ असामान्य रूप से अधिक क्रोमियम, कोबाल्ट और मैंगनीज़ वाली इस मिश्रधातु की संरचना पहले सामान्य क्रोमियम-आधारित सुरक्षा पर ही निर्भर करती है। लेकिन करीब 720 मिलीवोल्ट पर, मैंगनीज़ क्रोमियम परत के ऊपर एक दूसरी सुरक्षात्मक परत बनाना शुरू कर देता है — टीम इसे 'सीक्वेंशियल ड्यूल-पैसिवेशन' कहती है।

यह खोज अप्रत्याशित थी क्योंकि मैंगनीज़ को परंपरागत रूप से स्टेनलेस स्टील की संक्षारण-प्रतिरोधकता के लिए हानिकारक माना जाता रहा है। अध्ययन के पहले लेखक कैपिंग यू ने कहा कि शुरुआत में उन्हें इस पर यकीन नहीं हुआ, क्योंकि आम धारणा यही है कि मैंगनीज़ स्टेनलेस स्टील की संक्षारण-प्रतिरोधकता को कमज़ोर करता है। परमाणु स्तर के विश्लेषण ने आखिरकार इस असामान्य व्यवहार की पुष्टि की। टीम ने इस मिश्रधातु को एक खारे पानी के इलेक्ट्रोलाइज़र में भी परखा और बताया कि इसका प्रदर्शन टाइटेनियम संरचनात्मक सामग्री के बराबर रहा। टाइटेनियम आमतौर पर अपनी संक्षारण-प्रतिरोधकता के लिए इस्तेमाल होता है, लेकिन स्टील से कहीं अधिक महंगा है।