香港大学（HKU）のステンレス鋼の画期的な進歩は、グリーン水素が直面する最大の問題の一つ、すなわち海水に耐えうるほど頑丈でありながら大規模なクリーンエネルギーに十分安価な電解槽をどう作るか、という問題の解決に役立つ可能性がある。

HKU機械工学科のMingxin Huang教授が率いるチームは、水素製造用の特殊なステンレス鋼（SS-H2）を開発した。この材料は、通常ステンレス鋼の限界を超える条件下でも腐食に耐え、海水や他の過酷な電解槽環境からの水素製造に有望な候補となる。

この発見は、Materials Today誌に掲載された研究「A sequential dual-passivation strategy for designing stainless steel used above water oxidation」で報告されており、Huang教授の長年にわたる「スーパースチール」プロジェクトに基づいている。同じ研究プログラムは、2021年に抗COVID-19ステンレス鋼を、2017年と2020年には超高強度で超靭性のスーパースチールを生み出している。

グリーン水素は、理想的には再生可能エネルギーからの電気を使って水を水素と酸素に分解することで作られる。海水は豊富にあるため特に魅力的な原料だが、塩、塩化物イオン、副反応、腐食が電解槽の部品を急速に損傷させるという深刻な材料問題をもたらす。

最近の直接海水電解に関するレビューは、同じ核心的な課題を引き続き指摘している。この技術は水素へのより持続可能な経路を提供できるが、腐食、塩素関連の副反応、触媒の劣化、析出物、限られた長期耐久性が商業利用への大きな障害となっている。

そこでSS-H2が重要になる。HKUチームは、塩水電解槽において、新しい鋼が、脱塩海水や酸からの水素製造の現在の工業慣行で使用されるチタン系構造材料と同等の性能を発揮できることを発見した。違いはコストだ。金や白金などの貴金属でコーティングされたチタン部品は高価だが、ステンレス鋼ははるかに経済的である。

HKUの報告時点で、10メガワットのPEM電解槽システムの総コストは約1780万香港ドルと見積もられ、構造部品がその費用の最大53％を占めていた。チームの推定によれば、これらの高価な構造材料をSS-H2に置き換えることで、構造材料のコストを約40分の1に削減できる可能性がある。

ステンレス鋼は、腐食環境で一世紀以上にわたって使用されてきた。それは自己防衛するからだ。鍵となる成分はクロムである。クロム（Cr）が酸化すると、鋼を損傷から守る薄い不動態被膜を形成する。

しかし、そのおなじみの保護システムには天井がある。従来のステンレス鋼では、クロムベースの保護層は高い電位で破壊される可能性がある。安定なCr2O3はさらに酸化されて可溶性のCr(VI)種となり、約1000 mV（飽和カロメル電極、SCE）で過不動態腐食を引き起こす。これは水酸化に必要な約1600 mVをはるかに下回る。

海水での耐孔食性で知られるベンチマークのクロムベース合金である254SMOスーパーステンレス鋼でさえ、この高電圧限界に直面する。通常の海洋環境では良好に機能するかもしれないが、水素製造の極端な電気化学環境は別の課題である。

HKUチームの答えは、「逐次二重不動態化」と呼ばれる戦略だった。通常の酸化クロムバリアだけに頼る代わりに、SS-H2は第二の保護層を形成する。

第一層はおなじみのCr2O3ベースの不動態被膜である。次に、約720 mVで、クロムベースの層の上にマンガンベースの層が形成される。この第二のシールドは、塩化物含有環境で1700 mVの超高電位まで鋼を保護するのに役立つ。

これがこの発見を非常に印象的にしている。マンガンは通常、ステンレス鋼の耐食性の味方とは見なされていない。実際、一般的な見解ではマンガンはそれを弱める。

「当初、私たちはそれを信じませんでした。なぜなら」