Tämä teräs muuttaa kaiken — ja se ei pitäisi olla mahdollista

Olin aamulla lukemassa tiedeuutisia, kun jouduin ähkäisemään ääneen. Se ei tapahdu kovin usein.

Tutkijat ovat kehittäneet täysin uudenlaisen ruostumattoman teräksen, joka toimii lähes yhtä hyvin kuin titaani. Titaani on supersuosittu metalli, koska se kestää liki mitä vain. Ongelma on hinta: titaani maksaa maltaita.

Mutta tämä uusi teräs tekee jotain, mitä ei pitäisi voida tapahtua. Tutkijat itse totesivat, että ilmiötä "ei voida selittää nykyisellä tietämyksellä".

Miten siistiä?

Mistä tässä oikein on kyse?

Hong Kongin yliopiston tutkimusryhmä, professori Mingxin Huangin johdolla, loi uuden materiaalin nimeltä "vetyteräs" (SS-H₂). Kyse ei ole pienestä askeleesta eteenpäin — tämä on yksi niistä harvinaisista hetkistä, jolloin laboratorioissa tapahtuu jotain todella yllättävää.

Mika ongelma ratkaistiin? Vihreän vedyn tuotanto vaatii veden hajottamista sähköllä. Merivesi olisi loistava ja ilmainen raaka-aine. Mutta laite, joka tekee tämän hajotustyön, joutuu koville: suola, kemikaalit, korkeat jännitteet. Tavallinen ruostumaton teräs ei kestä tällaista. Se alkaa syöpyä ja hajota.

Kallis ratkaisu on ollut titaani. Titaani kestää näitä ääriolosuhteita, siksi sitä käytetään vedyntuotannossa. Mutta titaani on kallista. Erittäin kallista.

Uusi teräs? Se toimii lähes yhtä hyvin kuin titaani, mutta murto-osalla hinnasta. Tämä voisi tehdä vihreästä vedystä paljon halvempaa. Ja se koskee meitä kaikkia, jotka haluamme puhtaan energian olevan lopulta kaikkien saatavilla.

Tiede menee oudoksi (tämä on lemppariosuuteni)

Tässä kohtaa asiat menevät todella erikoisiksi.

Perinteinen ruostumaton teräs saa korroosionkestävyytensä kromista. Kun teräksen kromi koskettaa ilmaa tai vettä, sen pinnalle muodostuu ohut suojakerros. Se on kuin mikroskooppinen kilpi, joka pitää pahikset loitolla. Tieteilijät kutsuvat tätä "passiivikerrokseksi".

Ongelma on, että tällä kerroksella on rajansa. Kun sähköjännite nousee tarpeeksi korkeaksi — puhutaan noin 1000 millivoltista — tuo suojakromioksidikerros alkaa hajota. Se muuttuu eri kemialliseksi muodoksi ja liukenee nesteeseen. Metallin pinta jää suojattomaksi.

Mutta tiede on armottoman tarkka: veden hajotus vedyksi vaatii jännitteitä noin 1600 millivolttia. Se on paljon enemmän kuin mihin tavallinen ruostumaton teräs pystyy.

Vuosikymmenien ajan tämä on ollut perustavanlaatuinen rajoitus. Parhaatkin "superteesit" epäonnistuivat näissä korkeissa jännitteissä.

Tapahtuu jotain odottamatonta

Tässä kohtaa professori Huangin tiimi teki jotain yllättävää. He keksivät tavan luoda toinen suojakerros ensimmäisen päälle. Tämä toinen kerros on mangaanista — alkuaineesta, jota tutkijat ovat perinteisesti pitäneet pahana asiana korroosionkestävyyden kannalta. Vanhassa viisaudessa mangaani huonontaa ruostumattoman teräksen kykyä taistella ruostetta vastaan.

Mutta tiimi huomasi, että kun mangaania lisätään tietyllä tavalla, se muodostaakin oman suojakerroksensa. Tämä kerros aktivoituu noin 720 millivoltissa — ennen kuin kromikerros alkaa pettää. Kun molemmat kerrokset toimivat yhdessä, teräs kestää jopa 1700 millivolttiin asti. Se on enemmän kuin veden hajotus vaatii.

Tutkimuksen ensimmäinen tekijä tohtori Kaiping Yu tiivisti asian osuvasti: "Aluksi emme uskoneet tulosta, koska vallitsevan käsityksen mukaan mangaani heikentää ruostumattoman teräksen korroosionkestävyyttä. Mangaanipassivoituminen on vastaansanomaton löydös, jota nykyinen korroosiotiede ei pysty selittämään."

Suomeksi: kaikki mitä luulimme tietävämme, sanoi että tämän ei pitäisi toimia. Mutta atomitasolla todisteet olivat ylivoimaisia, joten heidän oli pakko hyväksyä näkemänsä.

Miksi sinun pitäisi välittää?

Tiedän, että tämä kuulostaa suppealta materiaalitiedettäjutulta. Mutta mieti, mitä tämä voisi tarkoittaa:

Vety on valtava juttu tulevaisuuden energialle. Se voi käyttää ajoneuvoja, varastoida uusiutuvaa energiaa ja auttaa teollisuutta vähentämään hiilijalanjälkeä. Ongelma on ollut tuotannon kustannukset. Jos voimme käyttää halvempia materiaaleja tämän uuden teräksen sijaan kalliin titaanin sijaan, vihreä vety muuttuu paljon saavutettavammaksi.

Ja käytännön sovellusten tuolla puolen on jotain aidosti jännittävää: löytö, joka kääntää perinteisen ajattelun päälaelleen. Tiede ei yleensä etene dramaattisissa läpimurroissa — se etenee pienin askelin ja varovaisina vahvistuksina. Mutta silloin tällöin tulee vastaan jotain, joka yllättää asiantuntijatkin. Jotain, j заставляет их сказать "emme uskoneet" ja "tätä ei voida selittää".

Ne hetket tekevät tieteestä taianomaisen. Minulle ainakin.

Tutkimusryhmä on jo hakenut patentteja useissa maissa, ja kaksi on hyväksytty. He ovat työskennelleet tämän parissa lähes kuusi vuotta, alkuperäisestä löydöksestä aina atomitason mekanismien selvittämiseen. Nyt he etenevät kohti teollista käyttöä.

Pidän tätä silmällä. Joskus tärkeimmät läpimurrot eivät ole niitä, jotka vahvistavat mitä luulimme tietävämme — ne ovat niitä, jotka pakottavat meidät oppimaan jotain täysin uutta.