En el marco de la jornada H2micro, representantes de la industria, centros tecnológicos y universidades compartieron en AZTERLAN los últimos avances en caracterización, comportamiento y fragilización de materiales en contacto con hidrógeno, así como los principales retos y líneas de trabajo presentes y futuras en este ámbito.
Como centro de investigación metalúrgica especializado en la relación entre metalurgia, procesos y propiedades en servicio, AZTERLAN dedica importantes esfuerzos al estudio y control del comportamiento de materiales en entornos con hidrógeno, incluyendo mecanismos de degradación y desarrollo de materiales y recubrimientos ad-hoc. AZTERLAN es, además, cofundador del grupo HYMAT junto a la Universidad de Oviedo, el Departamento de Materiales en Gijón, una iniciativa que refuerza la colaboración científico-tecnológica en torno a este vector energético.
Organizada por el Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN y la Universidad de Oviedo, con el apoyo del Instituto de Fundición Tabira y la colaboración de LECO, la jornada H2micro “Interacción del hidrógeno con la microestructura y las propiedades mecánicas” se celebró el pasado 23 de abril. La sesión se estructuró en torno a diversas ponencias impartidas por representantes de la Universidad de Burgos, el Centre des Matériaux (Mines Paris – PSL), CIEMAT, Tubacex, Enagás, la Universidad de Oviedo y el propio AZTERLAN.
La elevada participación registrada en la jornada pone de manifiesto tanto el creciente interés por este ámbito como la necesidad de reforzar la colaboración a lo largo de toda la cadena de valor de la industria energética. En este sentido, la cooperación entre empresas y agentes de conocimiento se consolida como un eje clave para avanzar hacia una economía del hidrógeno segura y viable.
Organización y ponentes de la Jornada H2micro «Interacción del hidrógeno con la microestructura y las propiedades mecánicas»
Tras una breve introducción de la compañía por parte de Leticia García González (Sales Director Spain & Portugal en LECO), la sesión técnica comenzó con la ponencia “LECO applications for hydrogen determination and related parameters. GDS Technique for hydrogen depth profiling”, impartida por Pablo Sala (Sales Engineer de LECO) y Stefan Boehm (European Field GDS Product Specialist de LECO) quienes abordaron distintas técnicas avanzadas para la caracterización del hidrógeno en materiales metálicos y su distribución en profundidad. En primer lugar, Sala introdujo las principales tecnologías de análisis de hidrógeno empleadas en LECO, destacando tres enfoques: la fusión en gas inerte, la extracción en caliente y la espectrometría de descarga luminiscente (GDS). Explicó cómo las dos primeras permiten cuantificar el contenido total de hidrógeno, e incluso diferenciar fracciones difusibles y atrapadas mediante rampas térmicas, mientras que la técnica GDS permite ir más allá, obteniendo perfiles de concentración en profundidad mediante el bombardeo con plasma de argón capa a capa.
Desde el punto de vista de aplicaciones, el experto de LECO subrayó que la medición de hidrógeno no solo proporciona un valor cuantitativo, sino también información clave sobre la calidad del material, su nivel de defectología, la presencia de inclusiones o poros y la posible formación de compuestos como hidruros. Además, destacó su utilidad para evaluar la eficacia de tratamientos de deshidrogenación, la calidad de materias primas, la adherencia de recubrimientos y la predicción del comportamiento mecánico frente a fenómenos como la fragilización por hidrógeno, así como para la validación y control de procesos industriales.
Posteriormente, Stefan Boehm presentó la aplicación práctica de la técnica GDS para el análisis de profundidad del hidrógeno en aceros, describiendo los retos asociados a muestras pequeñas y su preparación mediante embutido en cobre sin alterar el contenido de hidrógeno. Explicó el funcionamiento del sistema de descarga luminiscente con alta resolución espectral y su capacidad para realizar perfiles nanométricos elemento a elemento. En los resultados mostrados, se observó cómo el hidrógeno presenta mayor concentración en la superficie y decrece con la profundidad, identificándose incluso capas intermedias y posibles heterogeneidades estructurales.
Como conclusión compartió que la combinación de técnicas LECO y GDS permite una caracterización complementaria: mientras los analizadores convencionales cuantifican el hidrógeno total y su estado, la GDS aporta información espacial sobre su distribución en el material. Esto abre la puerta a una comprensión más completa de los mecanismos de difusión y atrapamiento del hidrógeno, así como a nuevas posibilidades en el control de calidad, el análisis de fallos y el desarrollo de materiales más resistentes a la fragilización.
Seguidamente, la ponencia de Borja Peral (Universidad de Oviedo), titulada “SIMUMECAMAT y el fenómeno de la fragilización por hidrógeno en diversas aleaciones metálicas: de la microestructura al daño”, se centró en el papel clave de la microestructura en la fragilización por hidrógeno en diferentes familias de aleaciones metálicas. Tras introducir el grupo SIMUMECAMAT, perteneciente a la Escuela Politécnica de Ingeniería de Gijón, explicó sus principales capacidades en caracterización del hidrógeno, técnicas de TDA, permeación electroquímica y ensayos mecánicos, con especial énfasis en la relación entre trampas microestructurales, difusión del hidrógeno y respuesta mecánica.
El núcleo de la charla abordó cómo la microestructura controla el daño por hidrógeno, diferenciando entre trampas reversibles e irreversibles y su impacto en la difusión efectiva. Peral compartió los análisis realizados sobre distintos sistemas (aceros ferríticos, dúplex y austeníticos) mostrando cómo la presencia de precipitados, dislocaciones, intercaras ferrita-austenita o fases estables modifica la acumulación de hidrógeno y puede conducir a distintos mecanismos de fractura. Con ello, destacó que no basta con considerar parámetros globales como resistencia o límite elástico, sino que es esencial caracterizar tanto la energía de las trampas como su geometría microestructural.
El experto en hidrógeno presentó también ejemplos experimentales donde el hidrógeno afecta de forma muy distinta según la aleación y su microestructura, incluyendo ensayos de fatiga, tracción lenta y fractura, así como análisis mediante TDA y modelos de difusión. Peral subrayó que la fragilización por hidrógeno es un fenómeno multiescala gobernado por la interacción que se produce entre difusión, plasticidad y microestructura, y que el diseño de materiales resistentes requiere controlar tanto la química como la arquitectura microestructural del material.
Acto seguido, el investigador del Centro de Investigación Metalúrgica AZTERLAN, Ibon Miguel presentó un estudio centrado en la fragilización por hidrógeno en aceros de ultra alta resistencia utilizados en aplicaciones aeronáuticas, especialmente en componentes críticos como trenes de aterrizaje. El problema de partida es que estos aceros necesitan recubrimientos anticorrosivos para trabajar en ambientes agresivos, pero los procesos de electrodeposición asociados introducen hidrógeno en el material, generando riesgo de fragilización. Tradicionalmente se ha usado cadmio por su buena protección y baja generación de hidrógeno, pero su toxicidad y restricciones normativas han impulsado la transición hacia recubrimientos de Zn-Ni, ámbito en el que AZTERLAN ha trabajado en el seno del proyecto H2MAT.
Miguel compartió los resultados de la investigación llevada a cabo, centrada en analizar cómo las distintas condiciones de recubrimiento de Zn-Ni afectan al contenido de hidrógeno y a las propiedades mecánicas. El investigador de AZTERLAN relató el proceso por el cual se generaron diferentes morfologías del recubrimiento (closed, semi-open y open) mediante variaciones de densidad de corriente y velocidad de electrodo rotatorio, y, posteriormente, se ensayaron aceros como el E35 y el Custom 465 combinando las mediciones de hidrógeno con la ejecución de ensayos mecánicos mediante la técnica Small Punch Test, así como tratamientos térmicos de deshidrogenado para evaluar la desorción del hidrógeno.
Los resultados obtenidos por el equipo de investigación muestran una relación clara entre morfología, contenido de hidrógeno y resistencia mecánica, así como que la estructura open presenta mayor absorción y variabilidad de hidrógeno, aunque desgasifica más rápido, mientras que la estructura closed mantiene los niveles más bajos de hidrógeno y ofrece mayor resistencia mecánica en ambos aceros. Entre las conclusiones compartidas, también destacó que, aunque los tratamientos térmicos reducen parcialmente el hidrógeno, no eliminan las diferencias entre morfologías; por tanto, la morfología del recubrimiento es un factor crítico en la fragilización por hidrógeno, siendo las estructuras más cerradas las más favorables para aplicaciones industriales seguras.
La ponencia de Luciano Meirelles (Centre des Matériaux – Mines Paris – PSL), titulada “Time-resolved hydrogen-induced damage in steel under gaseous H₂, via sub-size tensile testing coupled with in-situ 3D synchrotron tomography”, presentó un enfoque experimental avanzado para estudiar el daño inducido por hidrógeno en aceros destinados al transporte energético. El trabajo se enmarca en el proyecto industrial MESAIAH, centrado en la monitorización de estructuras mediante probetas miniaturizadas, con el objetivo de evaluar la reconversión de redes de gas natural en redes de hidrógeno en Europa. Meirelles afirmó que en Francia, por ejemplo, una parte significativa de los gasoductos existentes podría reutilizarse para transporte de H₂, lo que requiere una caracterización precisa de su comportamiento.
El investigador describió una instalación experimental basada en ensayos de tracción in situ en una cámara de alta presión (hasta 200 bar) compatible con técnicas ópticas y de tomografía de rayos X. Este sistema permite ensayar probetas subescala y, al mismo tiempo, observar en 3D la evolución del daño durante la deformación. El investigador mostró casos prácticos en los que se utilizaron probetas miniaturizadas de acero ferrítico-perlítico, sometidas a diferentes presiones de hidrógeno (hasta 130 bar) y velocidades de deformación, lo que permitió analizar la sensibilidad del material a la fragilización en función de estos parámetros.
Los resultados compartidos por Meirelles muestran que tanto la presión como la velocidad de deformación influyen significativamente en la naturaleza y distribución del daño. A altas velocidades, el daño tiende a localizarse en la superficie con comportamiento más frágil, mientras que, a velocidades más bajas, el hidrógeno penetra de forma más homogénea, generando daño tanto superficial como interno. La tomografía permitió distinguir distintos tipos de defectos (grietas superficiales, grietas internas y microhuecos) y cuantificar su evolución en 3D durante el ensayo. Además, evidenció que las grietas internas pueden actuar como puentes que favorecen la propagación de grietas superficiales, contribuyendo a la fractura final.
En conclusión, Meirelles subrayó el valor de combinar ensayos mecánicos miniaturizados con tomografía 3D in situ para comprender en detalle la cinética del daño por hidrógeno. Un enfoque que permite no solo evaluar la susceptibilidad de los materiales en condiciones realistas de servicio, sino también desarrollar modelos predictivos para la selección de materiales y la reconversión segura de infraestructuras de gas natural para el transporte de hidrógeno.
En su intervención titulada “Laboratorio de Tecnologías del Hidrógeno de la UBU: Capacidades, líneas de trabajo y proyectos en marcha”, Víctor Arniella (Universidad de Burgos) presentó una visión global de las capacidades experimentales, de simulación y de impresión 3D disponibles en el Grupo de Integridad Estructural (GIE) de la UBU. En cuanto a infraestructuras dedicadas al estudio del hidrógeno compartió sus diferentes medios de caracterización y enfatizó en el uso de tecnologías de impresión 3D, incluyendo equipos avanzados que permiten fabricar materiales con un alto control microestructural, produciendo materiales resistentes a la fragilización por hidrógeno.
Arniella también compartió los proyectos que actualmente la Universidad de Burgos tiene en marcha en relación con el hidrógeno y que se centran en ámbitos como la evaluación de aceros de tubería, el comportamiento de mezclas hidrógeno-metano para reevaluar el estado de la infraestructura de distribución de gas actual, o el estudio de recubrimientos como posibles mitigadores de la fragilización, entre otros. También destacó el trabajo que realizan en el desarrollo de modelos numéricos para predecir el daño por hidrógeno y la susceptibilidad de materiales, así como proyectos más avanzados orientados al diseño de nuevas aleaciones y microestructuras mediante fabricación aditiva.
La investigadora del CIEMAT, Susana Merino, centró su intervención en la “Caracterización del daño por hidrógeno en la red cristalina mediante nanoindentación y SEM-EBSD” abordando el estudio multiescala de los efectos del hidrógeno en materiales metálicos empleados en aplicaciones energéticas con el fin de comprender cómo el hidrógeno modifica el comportamiento local de los materiales.
Merino compartió el estudio realizado sobre sobre distintos aceros inoxidables y aceros de tubería (austeníticos, ferríticos y dúplex), analizando su respuesta tras cargas de hidrógeno electroquímicas y gaseosas. Compartió que emplearon técnicas de cuantificación de hidrógeno, ensayos de nanoindentación para medir la dureza y el módulo elástico a escala micrométrica, y la técnica de EBSD para correlacionar propiedades mecánicas con orientación cristalográfica. Merino compartió los resultados obtenidos, destacando el papel de la microestructura en el proceso de daño por hidrógeno. Los resultados mostrados evidenciaron tanto un endurecimiento localizado como variaciones significativas de la dureza en función de la penetración del hidrógeno y de la orientación de los granos.
Finalmente, la representante del CIEMAT destacó la relevancia de combinar técnicas como la nanoindentación y el EBSD como herramientas clave para identificar mecanismos locales de endurecimiento inducido por hidrógeno y, en algunos casos, la formación de microgrietas. Subrayó asimismo el papel determinante de la orientación cristalográfica en la iniciación del daño. En conjunto, la ponencia concluyó que estas técnicas permiten avanzar en el diseño de aleaciones metálicas y en la optimización de tratamientos superficiales, como la modificación láser, con el objetivo de mitigar la fragilización por hidrógeno en infraestructuras energéticas.
La representante de Tubacex Innovación, Victoria Astigarraga, presentó un estudio experimental sobre el comportamiento de distintos aceros inoxidables frente a la fragilización por hidrógeno, concretamente: un acero austenítico 316L de alto níquel, un austenítico con alto manganeso y un dúplex 2205, con distintas microestructuras y propiedades mecánicas.
La metodología se basó en ensayos de Slow Strain Rate Testing (SSRT) sobre probetas previamente cargadas con hidrógeno mediante dos métodos: precarga electroquímica y precarga con gas a alta presión y temperatura. Posteriormente, se evaluó la respuesta mecánica en atmósfera inerte a temperatura ambiente, midiendo además el contenido de hidrógeno antes, durante y después del ensayo. Como criterio de fragilización se utilizó el parámetro de reducción en área relativa (RRA), complementado con análisis fractográfico.
Los resultados compartidos por la experta de Tubacex Innovación mostraron que los aceros austeníticos (316L y alto manganeso) mantuvieron un comportamiento dúctil incluso con altos contenidos de hidrógeno, especialmente en el caso de la precarga con gas, donde se alcanzaron concentraciones de hasta 80 ppm sin evidencia significativa de fragilización. En cambio, el acero dúplex 2205 sí mostró fragilización en ambos métodos de carga, más acusada en la precarga con gas, con valores de RRA por debajo del criterio y fracturas frágiles por clivaje. Como conclusión, Astigarraga afirmó que el tipo de microestructura y el método de carga influyen decisivamente en la absorción y distribución del hidrógeno, siendo los aceros austeníticos los más resistentes y el dúplex el más susceptible, bajo las condiciones empleadas en los ensayos.
La jornada finalizó con la ponencia de Iván Montero (Equipment & Materials Expert de ENAGAS) en la que ofreció una visión general del desarrollo de la red de transporte de hidrógeno en España y su conexión con la futura red europea. Montero explicó el papel de Enagás como gestor técnico del sistema gasista y su reciente designación como operador provisional de la red de hidrógeno en España, así como su participación en los Proyectos de Interés Común (PCI) de la Unión Europea. En este contexto, destacó la importancia del corredor ibérico dentro de la iniciativa europea del “hydrogen backbone”, orientado a transportar hidrógeno desde la Península hacia los principales centros de demanda en Europa.
En el caso español, Montero detalló la planificación de una red interior estructurada en cinco grandes ejes (Vía de la Plata, Levante, Valle del Ebro, Cornisa Cantábrica y eje transversal), con unos 2.600 km de gasoductos y una inversión estimada cercana a los 4.000 millones de euros. El proyecto, que incluye también interconexiones como CelZa y el futuro gasoducto submarino BarMar dentro de H2med, se encuentra en fase de ingeniería básica y de detalle, con el objetivo de tomar la decisión final de inversión en 2027 y entrar en operación hacia 2030.
En su intervención, Montero también abordó los principales retos técnicos y regulatorios, con especial énfasis en la adaptación de las infraestructuras existentes para el transporte de hidrógeno. Asimismo, subrayó la necesidad de desarrollar nuevas metodologías de evaluación de integridad, junto con la actualización de la normativa europea y nacional aplicable. Montero destacó igualmente la importancia de la digitalización, en particular mediante el uso de BIM, así como de la participación pública y la colaboración con centros tecnológicos y universidades, como elementos clave para garantizar el desarrollo de una red segura, escalable y alineada con los futuros estándares europeos de descarbonización.
