El hidrógeno suele presentarse como una pieza importante para reducir emisiones, pero un nuevo estudio muestra que existe un problema serio con las turbinas actuales ya instaladas.

El trabajo, publicado en Nature Materials, analizó cómo se comporta una superaleación de níquel muy utilizada cuando entra en contacto con hidrógeno a temperaturas elevadas.

La aleación estudiada, conocida como IN718, se usa porque resiste enormes esfuerzos mecánicos y temperaturas muy altas dentro de turbinas de gas y motores modernos actuales.

El problema aparece porque el hidrógeno es una molécula extremadamente pequeña y puede infiltrarse en defectos microscópicos del metal, debilitándolo desde su interior lentamente con facilidad.

Este fenómeno, llamado fragilización por hidrógeno, ya se conoce en tuberías y tanques, pero los investigadores quisieron saber qué ocurre además con mucho calor.

Para comprobarlo, sometieron muestras del material a hidrógeno bajo presión mientras aumentaban la temperatura hasta unos 600 grados Celsius y medían su resistencia mecánica.

Los resultados mostraron que el daño provocado por el hidrógeno podía duplicarse con el calor, comparado con lo observado aproximadamente a temperatura ambiente en laboratorio.

A unos 400 grados Celsius, la ductilidad del material, es decir, su capacidad para deformarse antes de romperse, cayó hasta aproximadamente un 30 por ciento.

Además, el mecanismo de daño cambiaba según la temperatura, algo importante porque las turbinas atraviesan continuamente zonas térmicas diferentes mientras funcionan durante largos periodos operativos.

A temperatura ambiente, los átomos de hidrógeno tienden a quedar atrapados en defectos e interfaces del metal, donde ya pueden favorecer pequeñas fracturas internas localizadas.

Cuando aumenta la temperatura, esos átomos se mueven con mayor facilidad y pueden alcanzar estructuras llamadas carburos, que ayudan a reforzar la aleación internamente.

Allí, el hidrógeno interactúa con el carbono y puede formar metano, un gas que queda atrapado dentro del material y genera una fuerte presión local.

Esa presión debilita las uniones internas y facilita que aparezcan grietas, justamente en componentes que deben soportar fuerzas enormes y condiciones extremas de operación.

Esto representa un problema para planes que buscan adaptar turbinas existentes para quemar hidrógeno en lugar de combustibles fósiles sin reemplazar completamente su infraestructura.

No significa que las turbinas de hidrógeno sean imposibles, sino que muchos materiales actuales probablemente no sean adecuados para trabajar durante años bajo esas condiciones.

También existe una dificultad adicional: algunas aleaciones que resisten mejor la fragilización por hidrógeno son demasiado blandas para soportar las exigencias mecánicas de una turbina.

Por eso los investigadores creen que será necesario diseñar nuevas aleaciones capaces de combinar resistencia mecánica, estabilidad térmica y tolerancia al hidrógeno durante largos periodos operativos.

Otros equipos ya experimentan con mezclas metálicas diferentes para tuberías y almacenamiento, logrando materiales considerablemente más resistentes frente a los efectos dañinos del hidrógeno.

Pero las partes calientes y giratorias de una turbina plantean un desafío mucho mayor, porque trabajan simultáneamente con altas temperaturas, presión y enormes fuerzas mecánicas.

El estudio recuerda que cambiar hacia una economía basada en hidrógeno no consiste simplemente en sustituir un combustible: también exige reconstruir parte importante de la tecnología.