H2micro jardunaldiaren esparruan, industriako, zentro teknologikoetako eta unibertsitateetako ordezkariek AZTERLANen partekatu zituzten hidrogenoarekin kontaktuan dauden materialen karakterizazioan, portaeran eta hauskorrean izandako azken aurrerapenak, baita arlo honetan dauden egungo eta etorkizuneko erronka eta lan-ildo nagusiak ere.
Metalurgia, prozesuak eta zerbitzuan dauden propietateen arteko harremanean espezializatutako ikerketa-zentro gisa, AZTERLANek ahalegin handiak egiten ditu hidrogenodun inguruneetan materialen portaera aztertzeko eta kontrolatzeko, degradazio-mekanismoak eta material eta estaldura espezifikoen garapena barne. Gainera, AZTERLAN HYMAT taldearen sortzaileetako bat da Oviedoko Unibertsitatearekin eta Gijóngo Materialen Departamentuarekin batera; ekimen honek bektore energetiko honen inguruko lankidetza zientifiko-teknologikoa indartzen du.
AZTERLAN Metalurgia Ikerketa Zentroak eta Oviedoko Unibertsitateak antolatuta, Tabira Galdaketa Institutuaren laguntzarekin eta LECOren lankidetzarekin, “H2micro – Hidrogenoaren eta mikroegituraren eta propietate mekanikoen arteko elkarreragina” izeneko jardunaldia apirilaren 23an egin zen. Saioa Burgosko Unibertsitateko, Centre des Matériaux (Mines Paris – PSL), CIEMAT, Tubacex, Enagás, Oviedoko Unibertsitateko eta AZTERLANeko ordezkariek emandako hitzaldien inguruan egituratu zen.
Jardunaldiak izandako parte-hartze zabalak agerian uzten du arlo honek pizten duen interesa eta energia-industriaren balio-kate osoan lankidetza indartzeko beharra. Ildo horretan, enpresen eta ezagutza-eragileen arteko lankidetza funtsezko ardatz gisa garrantzia handikoa da hidrogenoaren ekonomia segurua eta bideragarria lortzeko.
H2micro ekitaldiako antolatziale eta aurkezleak.
Leticia García Gonzálezek (LECO, Sales Director Spain & Portugal) egindako sarrera laburraren ondoren, saio teknikoa “LECO applications for hydrogen determination and related parameters. GDS Technique for hydrogen depth profiling” hitzaldiarekin hasi zen, Pablo Sala (LECO, Sales Engineer) eta Stefan Boehm (LECO, European Field GDS Product Specialist) hizlarien eskutik. Bertan, material metalikoetan hidrogenoaren karakterizaziorako teknika aurreratuak eta sakonerako banaketa aztertu zituzten. Lehenik eta behin, Salak LECOren hidrogeno-analisirako teknologia nagusiak aurkeztu zituen, hiru ikuspegi nabarmenduz: gas inertean fusioa, bero-erauzketa eta deskarga luminiszentezko espektrometria (GDS). Azaldu zuen lehen biek hidrogeno-eduki osoa kuantifikatzeko aukera ematen dutela, eta baita frakzio difusibleak eta harrapatuak bereizteko ere, tenperatura-rampen bidez; GDS teknikak, berriz, urrats bat harago doa, sakonerako kontzentrazio-profilak lortuz argon plasmazko bonbardaketaren bidez geruzaz geruza.
Aplikazioen ikuspegitik, LECOko adituak azpimarratu zuen hidrogenoaren neurketak balio kuantitatiboaz gain informazio garrantzitsua ematen duela materialaren kalitateari, akatsen mailari, inklusioen edo poroen presentziari eta hidruroak bezalako konposatuen sorrera posibleari buruz. Halaber, nabarmendu zuen deshidrogenazio-tratamenduen eraginkortasuna ebaluatzeko, lehengaien kalitatea aztertzeko, estalduren atxikimendua neurtzeko eta hidrogeno bidezko hauskorra bezalako fenomenoen aurrean portaera mekanikoa aurreikusteko duen erabilgarritasuna, baita industria-prozesuen balidazio eta kontrolerako ere.
Ondoren, Stefan Boehmek GDS teknikaren aplikazio praktikoa aurkeztu zuen altzairuetan hidrogenoaren sakonerako analisia egiteko, lagin txikiekin lotutako erronkak eta hidrogeno-edukia aldatu gabe kobrezko kapsulazio bidez prestatzeko modua azalduz. Deskarga luminiszente sistemaren funtzionamendua eta bere bereizmen espektral handia azaldu zituen, baita elementuz elementu nanometro mailako profilak egiteko duen gaitasuna ere. Aurkeztutako emaitzetan ikusi zen hidrogenoaren kontzentrazioa handiagoa dela gainazalean eta sakonerarekin murrizten dela, tarteko geruzak eta egitura-desberdintasun posibleak identifikatuz.
Ondorio gisa, adierazi zuen LECO eta GDS tekniken konbinazioak karakterizazio osagarria ahalbidetzen duela: analizatzaile konbentzionalek hidrogeno osoa eta bere egoera kuantifikatzen duten bitartean, GDSk bere banaketa espazialari buruzko informazioa ematen du. Horrek hidrogenoaren difusio eta harrapaketa mekanismoak sakonago ulertzeko aukera ematen du, baita kalitate-kontrolerako, akatsen analisirako eta hauskorrarekiko erresistenteagoak diren materialen garapenerako aukera berriak ere.
Jarraian, Borja Peralek (Oviedoko Unibertsitatea) emandako “SIMUMECAMAT eta hidrogeno bidezko hauskorra aleazio metaliko desberdinetan: mikroegituratik kaltera” hitzaldiak mikroegituraren funtsezko papera aztertu zuen. SIMUMECAMAT taldearen aurkezpenaren ondoren, bere gaitasun nagusiak azaldu zituen: hidrogenoaren karakterizazioa, TDA teknikak, permeazio elektrokimikoa eta saiakuntza mekanikoak, mikroegiturako tranpen, hidrogenoaren difusioaren eta erantzun mekanikoaren arteko harremanari arreta berezia eskainiz.
Hitzaldiaren muinak azaldu zuen nola mikroegiturak hidrogenoaren kaltea kontrolatzen duen, tranpa itzulgarriak eta itzulezinak bereiztuz eta difusio eraginkorrean duten eragina aztertuz. Aztertutako sistemetan (altzairu ferritikoak, duplexak eta austenitikoak) erakutsi zen nola prezipitatuen, dislokazioen edo faseen presentziak hidrogenoaren metaketa aldatzen duen eta haustura-mekanismo desberdinak sor ditzakeen.
Hidrogenoan aditua den Peralek adibide esperimentalak ere aurkeztu zituen, non hidrogenoak eragin oso desberdina duen aleazioaren eta mikroegituraren arabera; besteak beste, nekea, trakzio geldoa eta haustura saiakuntzak, baita TDA bidezko analisiak eta difusio-ereduak ere. Peralek azpimarratu zuen hidrogeno bidezko hauskorra fenomeno multieskala dela, difusioaren, plastizitatearen eta mikroegituraren arteko elkarreraginak gobernatua, eta material erresistenteen diseinuak materialaren kimika ez ezik, mikroegitura-arkitektura ere kontrolatzea eskatzen duela.
Ondoren, AZTERLAN Ikerketa Metalurgikoko Zentroko ikertzaile Ibon Miguelek aurkeztu zuen azterketa bat, aplikazio aeronautikoetan erabiltzen diren erresistentzia ultra handiko altzairuetan hidrogeno bidezko hauskorrean zentratua, bereziki osagai kritikoetan, hala nola lurreratze-trenetan. Hasierako arazoa da altzairu horiek estaldura antikorrosiboak behar dituztela ingurune oldarkorretan lan egiteko, baina elektrodeposizio prozesuek hidrogenoa sartzen dute materialean, hauskorra izateko arriskua sortuz. Tradizionalki kadmioa erabili izan da bere babes ona eta hidrogeno-sorrera txikia direla eta, baina bere toxikotasunak eta araudi-murrizketek Zn-Ni estalduretarako trantsizioa bultzatu dute, eta arlo horretan AZTERLANek H2free proiektuan lan egin du.
Miguelek egindako ikerketaren emaitzak partekatu zituen, Zn-Ni estalduraren baldintza desberdinek hidrogeno-edukian eta propietate mekanikoetan duten eragina aztertuz. AZTERLANeko ikertzaileak azaldu zuen nola sortu ziren estalduraren morfologia desberdinak (closed, semi-open eta open) korronte-dentsitatearen eta elektrodo birakariaren abiaduraren aldaketen bidez, eta ondoren E35 eta Custom 465 altzairuak aztertu ziren, hidrogeno-neurketak Small Punch Test teknikako saiakuntza mekanikoekin konbinatuz, baita deshidrogenazio tratamendu termikoak ere hidrogenoaren desorbsioa ebaluatzeko.
Lortutako emaitzek argi erakutsi zuten morfologiaren, hidrogeno-edukiaren eta erresistentzia mekanikoaren arteko harremana. Open egiturak hidrogeno-xurgapen handiagoa eta aldakortasun handiagoa erakutsi zuen, baina azkarrago desgasifikatzen da; aldiz, closed egiturak hidrogeno-maila baxuenak mantentzen ditu eta erresistentzia mekaniko handiagoa eskaintzen du bi altzairuetan. Ondorio gisa, nabarmendu zen tratamendu termikoek hidrogenoa partzialki murrizten dutela, baina ez dituztela morfologien arteko desberdintasunak ezabatzen; beraz, estalduraren morfologia faktore kritikoa da hidrogeno bidezko hauskorrean, eta egitura itxiagoak egokiagoak dira aplikazio industrial seguruetarako.
Luciano Meirellesen (Centre des Matériaux – Mines Paris – PSL) “Time-resolved hydrogen-induced damage in steel under gaseous H₂, via sub-size tensile testing coupled with in-situ 3D synchrotron tomography” izeneko hitzaldiak ikuspegi esperimental aurreratua aurkeztu zuen energia-garraiorako altzairuetan hidrogenoak eragindako kaltea aztertzeko. Lana MESAIAH proiektu industrialean kokatzen da, egiturak probeta miniaturizatuen bidez monitorizatzea helburu duena, Europako gas naturaleko sareak hidrogeno-sare bihurtzeko aukerak ebaluatzeko. Meirellesek adierazi zuen, adibidez, Frantzian dauden gasbideen zati esanguratsu bat berrerabili litekeela H₂ garraiatzeko, eta horrek portaeraren karakterizazio zehatza eskatzen duela.
Ikertzaileak instalazio esperimental bat deskribatu zuen, presio handiko ganbera batean oinarritua (200 bar arte), trakzio-saiakuntzak in situ egiteko, teknika optikoekin eta X izpien tomografiarekin bateragarria. Sistema honek aukera ematen du probeta azpieskala probatzeko eta, aldi berean, kaltearen eboluzioa 3Dn behatzeko deformazioan zehar. Aurkeztutako kasu praktikoetan, altzairu ferritiko-perlitikozko probeta miniaturizatuak erabili ziren, hidrogeno-presio desberdinetan (130 bar arte) eta deformazio-abiadura desberdinetan, materialaren hauskortzearekiko sentikortasuna aztertzeko.
Meirellesek partekatutako emaitzek erakusten dute presioak eta deformazio-abiadurak nabarmen eragiten dutela kaltearen izaeran eta banaketan. Abiadura handietan, kaltea gainazalean lokalizatzeko joera du, portaera hauskorrarekin; abiadura baxuagoetan, hidrogenoa modu homogeneoagoan sartzen da, gainazaleko zein barneko kaltea sortuz. Tomografiak akats mota desberdinak bereizteko aukera eman zuen (gainazaleko pitzadurak, barneko pitzadurak eta mikrohutsuneak) eta haien eboluzioa 3Dn kuantifikatzeko saiakuntzan zehar. Gainera, agerian utzi zuen barneko pitzadurak “zubi” gisa jardun dezaketela gainazaleko pitzaduren hedapena errazteko, azken hausturan lagunduz.
Ondorio gisa, Meirellesek azpimarratu zuen saiakuntza mekaniko miniaturizatuak eta 3D tomografia in situ konbinatzearen balioa, hidrogenoak eragindako kaltearen zinetika xehetasunez ulertzeko. Ikuspegi honek aukera ematen du materialek zerbitzu-baldintza errealetan duten portaera ebaluatzeko, baita materialak hautatzeko eta gas naturaleko azpiegiturak hidrogenorako modu seguruan berrerabiltzeko eredu prediktiboak garatzeko ere.
Víctor Arniellak (Burgosko Unibertsitatea), “UBUko Hidrogeno Teknologien Laborategia: gaitasunak, lan-ildoak eta martxan dauden proiektuak” izeneko hitzaldian, UBUko Egiturazko Osotasun Taldearen (GIE) gaitasun esperimental, simulaziozko eta 3D inprimaketako ikuspegi orokorra aurkeztu zuen. Hidrogenoaren azterketarako azpiegiturei dagokienez, karakterizaziorako dituzten baliabideak azaldu zituen eta 3D inprimaketako teknologien erabilera azpimarratu zuen, mikroegitura kontrol handiarekin materialak fabrikatzeko aukera ematen duten ekipamendu aurreratuak barne, hidrogeno bidezko hauskortzeari erresistenteak diren materialak sortuz.
Arniellak, halaber, Burgosko Unibertsitateak hidrogenoarekin lotuta gaur egun martxan dituen proiektuak aurkeztu zituen, hala nola hoditeria-altzairuen ebaluazioa, hidrogeno-metano nahasketen portaera aztertzea gaur egungo gas banaketa azpiegituraren egoera berrikusteko, edo estalduren azterketa hauskortzea arintzeko soluzio posible gisa, besteak beste. Era berean, hidrogenoak eragindako kaltea eta materialen sentikortasuna aurreikusteko eredu numerikoen garapenean egiten duten lana nabarmendu zuen, baita fabrikazio gehigarrian oinarritutako aleazio eta mikroegitura berrien diseinura bideratutako proiektu aurreratuagoak ere.
CIEMATeko ikertzaile Susana Merinok bere hitzaldia “Hidrogenoak sare kristalinoan eragindako kaltearen karakterizazioa nanoindentazioaren eta SEM-EBSD teknikaren bidez” gaian oinarritu zuen, energia-aplikazioetan erabiltzen diren material metalikoetan hidrogenoaren efektuen azterketa multieskala jorratuz, hidrogenoak materialen portaera lokala nola aldatzen duen ulertzeko.
Merinok hainbat altzairu herdoilgaitzetan eta hoditeria-altzairutan (austenitikoak, ferritikoak eta duplexak) egindako azterketa partekatu zuen, karga elektrokimiko eta gaseosoen ondoren haien erantzuna aztertuz. Hidrogenoa kuantifikatzeko teknikak, nanoindentazio-saiakuntzak (gogortasuna eta modulua eskala mikrometrikoan neurtzeko) eta EBSD teknika erabili zituzten propietate mekanikoak orientazio kristalografikoarekin erlazionatzeko. Lortutako emaitzek mikroegituraren paper garrantzitsua erakutsi zuten hidrogenoaren kalte-prozesuan, gogortze lokalizatua eta hidrogenoaren penetrazioaren eta alearen orientazioaren araberako aldakortasun nabarmena agerian utziz.
Azkenik, CIEMATeko ordezkariak nanoindentazioa eta EBSD bezalako teknikak konbinatzearen garrantzia azpimarratu zuen, hidrogenoak eragindako gogortze-mekanismo lokalak identifikatzeko tresna gisa, eta zenbait kasutan mikro-pitzaduren sorrera detektatzeko. Halaber, kaltearen hasieran orientazio kristalografikoak duen paper erabakigarria nabarmendu zuen. Oro har, hitzaldiak ondorioztatu zuen teknika horiek aukera ematen dutela aleazio metalikoen diseinuan eta gainazaleko tratamenduen optimizazioan aurrera egiteko, hidrogeno bidezko hauskortzea arintzeko helburuarekin energia-azpiegituretan.
Tubacex Innovacióneko ordezkari Victoria Astigarragak altzairu herdoilgaitz desberdinen portaerari buruzko azterketa esperimental bat aurkeztu zuen hidrogeno bidezko hauskortzearen aurrean: zehazki, nikela handiko 316L austenitikoa, manganeso handiko austenitikoa eta 2205 duplexa, mikroegitura eta propietate mekaniko desberdinekin.
Metodologia Slow Strain Rate Testing (SSRT) saiakuntzetan oinarritu zen, aldez aurretik hidrogenoz kargatutako probetetan, bi metodo erabiliz: karga elektrokimikoa eta presio eta tenperatura altuko gas bidezkoa. Ondoren, erantzun mekanikoa atmosfera inertean ebaluatu zen giro-tenperaturan, eta hidrogeno-edukia neurtu zen saiakuntzaren aurretik, bitartean eta ondoren. Hauskortze-irizpide gisa azalera-erredukzio erlatiboaren parametroa (RRA) erabili zen, analisi fractografikoarekin osatuta.
Emaitzek erakutsi zuten altzairu austenitikoek (316L eta manganeso handikoa) portaera duktila mantentzen dutela hidrogeno-eduki handiekin ere, bereziki gas bidezko kargaren kasuan, non 80 ppm arteko kontzentrazioak lortu ziren hauskortzearen ebidentzia esanguratsurik gabe. Aldiz, 2205 duplex altzairuak hauskortzea erakutsi zuen bi karga-metodoetan, bereziki gas bidezkoan, RRA balio baxuekin eta klibaje bidezko haustura hauskorrarekin. Ondorio gisa, Astigarragak adierazi zuen mikroegitura motak eta karga-metodoak eragin erabakigarria dutela hidrogenoaren xurgapenean eta banaketan.
Jardunaldia Iván Monteroren (ENAGAS) hitzaldiarekin amaitu zen, non Espainiako hidrogeno garraio sarearen garapenari eta etorkizuneko sare europarrarekin duen loturari buruzko ikuspegi orokorra eskaini zuen. Monterok azaldu zuen Enagásek gas-sistemaren kudeatzaile tekniko gisa duen rola eta Espainian hidrogeno-sarearen behin-behineko operadore gisa izendatu izana, baita Europar Batasuneko Interes Komuneko Proiektuetan (PCI) duen parte-hartzea ere. Testuinguru honetan, Iberiar korridorearen garrantzia nabarmendu zuen “hydrogen backbone” ekimen europarraren barruan.
Espainiako kasuan, Monterok barne sarearen plangintza azaldu zuen, bost ardatz nagusitan egituratua (Vía de la Plata, Levante, Ebroko Harana, Kantauri itsasertza eta zeharkako ardatza), 2.600 km inguruko gasbideekin eta 4.000 milioi euro inguruko inbertsioarekin. Proiektua oinarrizko eta xehetasuneko ingeniaritzaren fasean dago, 2027an azken inbertsio-erabakia hartzeko eta 2030erako martxan jartzeko helburuarekin.
Bere hitzaldian, Monterok erronka tekniko eta erregulatzaile nagusiak ere jorratu zituen, bereziki azpiegitura existentearen egokitzapena hidrogenoa garraiatzeko. Halaber, azpimarratu zuen beharrezkoa dela integritate-ebaluaziorako metodologia berriak garatzea eta araudi europarra eta nazionala eguneratzea. Monterok digitalizazioaren garrantzia ere nabarmendu zuen, bereziki BIM erabileraren bidez, baita parte-hartze publikoa eta zentro teknologiko eta unibertsitateekin lankidetza ere, sare segurua, eskalagarria eta etorkizuneko deskarbonizazio estandarrekin lerrokatua garatzeko funtsezko elementu gisa.
