Na Politechnice Rzeszowskiej rusza projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki, który ma pomóc rozwiązać jeden z największych problemów energetyki i lotnictwa. Rzeszowscy specjaliści zajmą się tematem bezpiecznego wykorzystywania wodoru w turbinach i silnikach.
Badacze sprawdzą, czy nowatorskie stopy metali o specjalnej strukturze, tzw. stopy wysokiej entropii (HEA), wytrzymają warunki, w których obecne materiały zbliżają się do swoich granic.
Prawie milion złotych dla Politechniki Rzeszowskiej
Projekt „Potencjał stopów wysokiej entropii w technologiach wodorowych: optymalizacja trwałości i właściwości stopów HEA” otrzymał dofinansowanie Narodowego Centrum Nauki w ramach programu OPUS 29. Badania będą prowadzone w latach 2026 – 2029, na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej i nowo powstałym Laboratorium Wodorowym, a budżet przedsięwzięcia wynosi dokładnie 997 960 zł.
Kierownikiem projektu jest dr hab. inż. Wojciech Nowak, prof. PRz z Katedry Nauki o Materiałach. W skład zespołu badawczego wchodzą także kolejni profesorowie Politechniki Rzeszowskiej, dr hab. inż. Grażyna Mrówka-Nowotnik i dr hab. inż. Przemysław Kwolek, a także doktorant – stypendysta, który zostanie wyłoniony w postępowaniu konkursowym.
Wodór szansą i wyzwaniem
Emisja gazów cieplarnianych pozostaje jednym z największych problemów współczesnej gospodarki, a sektory energetyki i transportu lotniczego odpowiadają łącznie za znaczną część globalnych emisji, przede wszystkim dwutlenku węgla. Silniki turboodrzutowe oraz stacjonarne turbiny gazowe należą zatem do instalacji, w których poszukiwanie alternatywnych paliw ma dziś szczególne znaczenie.
Jednym z najbardziej obiecujących kierunków jest wykorzystanie wodoru, zwłaszcza tzw. „zielonego wodoru”. Podczas jego spalania produktem reakcji jest para wodna zamiast CO₂, jednak spalanie mieszaniny wodoru i powietrza jest trudne do kontrolowania i prowadzi do znacznego wzrostu temperatury pracy oraz większej zawartości pary wodnej w spalinach. To środowisko wyjątkowo agresywne dla materiałów konstrukcyjnych.
Materiały na granicy wytrzymałości
Obecnie stosowane stopy metali, w tym nadstopy niklu używane w najgorętszych częściach turbin gazowych, pracują już blisko swoich dopuszczalnych limitów temperaturowych. Wprowadzenie paliw wzbogaconych wodorem dodatkowo podnosi temperaturę oraz zmienia skład atmosfery spalania, co zwiększa ryzyko utleniania i degradacji materiału.
Dlatego kluczowym celem projektu jest opracowanie nowego rodzaju materiału o niezawodnej odporności na utlenianie w warunkach spalania paliwa wzbogaconego wodorem, czyli w wysokiej temperaturze i w atmosferze zawierającej znaczną ilość pary wodnej. Naukowcy chcą uzyskać parametry lepsze niż w przypadku najnowocześniejszych materiałów stosowanych obecnie w elementach turbin.
Stopy wysokiej entropii zmienią zasady gry?
Jednym z głównych kierunków badań będzie opracowanie nowatorskich stopów wysokiej entropii, czyli materiałów metalicznych zbudowanych z kilku głównych pierwiastków w zbliżonych proporcjach. Taka specyficzna struktura chemiczna może zapewniać wysoką żaroodporność, stabilność mikrostruktury oraz większą odporność na korozję wysokotemperaturową.
Zaplanowane prace obejmują wytworzenie nowych stopów HEA, preselekcyjne badania laboratoryjne oraz ich pełną charakterystykę materiałową. Najlepiej rokujące składy zostaną następnie przebadane w atmosferze rzeczywistych spalin paliw wzbogaconych w wodór (nawet do 50 procent zawartości) na specjalnym stanowisku wodorowym.
Od modeli po testy
Projekt zakłada porównanie wyników symulacji numerycznych z badaniami eksperymentalnymi oraz testami prowadzonymi w warunkach możliwie zbliżonych do rzeczywistej pracy turbin gazowych. Równolegle badane będą także obecnie stosowane nadstopy niklu, aby bezpośrednio porównać ich właściwości z nowymi stopami wysokiej entropii.
W kolejnych etapach naukowcy będą modelować zmiany mikrostrukturalne podczas ekspozycji materiałów na wysokie temperatury oraz opracują mechanizmy procesu utleniania w zależności od składu atmosfery utleniającej. Wyznaczone zostaną również współczynniki dyfuzji wodoru w badanych materiałach, co ma kluczowe znaczenie dla ich trwałości.
Wiedza, która zmieni energetykę i lotnictwo?
Rezultaty badań mają znacząco poszerzyć wiedzę z zakresu inżynierii materiałowej oraz doprowadzić do opracowania unikatowych w skali światowej stopów wysokiej entropii. Szczególnie cenne będą dane dotyczące żaroodporności nowych materiałów oraz dotychczas stosowanych stopów w warunkach rzeczywistego spalania paliw wodorowych.
W dłuższej perspektywie wyniki projektu mogą przyczynić się do powstania bardziej niezawodnych turbin gazowych i silników odrzutowych zasilanych wodorem. To z kolei oznacza realną szansę na ograniczenie emisji gazów cieplarnianych i stopniowe uniezależnianie energetyki oraz transportu od paliw kopalnych, co jest jednym z kluczowych wyzwań najbliższych dekad.
Czytaj więcej:
Alfred Hitchcock wraca na wielki ekran. Wyjątkowy przegląd kultowych filmów w kinie Zorza
Czytasz Rzeszów News? Twoje wsparcie pozwoli nam działać sprawniej.
