21 de agosto de 2023.- NETL produce un acero para tuberías más robusto mediante la aleación con pequeñas cantidades del elemento de tierras raras, el cerio.
Los investigadores del equipo de materiales estructurales de NETL produjeron un material de tubería más robusto para transportar hidrógeno y dióxido de carbono (CO2) capturado al agregar cerio, elemento de tierras raras (REE), para crear una aleación de acero más resistente.
El logro aborda simultáneamente dos importantes prioridades del Departamento de Energía de EUA el desarrollo de la infraestructura necesaria para la descarbonización y la mejora de la cadena de suministro de minerales críticos.
Los investigadores explicaron que el cerio agregado reacciona con las impurezas de oxígeno y azufre que se introducen durante la fabricación del acero y elimina el impacto negativo de esas impurezas, produciendo un acero que es menos susceptible al agrietamiento durante su vida útil.
Las pruebas en NETL han demostrado que las adiciones de cerio al acero para tuberías X90 pueden mejorar la resistencia al impacto Charpy, una medida de la capacidad del acero para absorber energía y resistir la propagación de grietas, hasta en un 50 %.
“Tal mejora es importante para las nuevas tuberías, donde la fractura dúctil es una preocupación importante, como en el caso del transporte de dióxido de carbono. Estos resultados son prometedores y se necesita más investigación para determinar el impacto del cerio en otras propiedades importantes del acero, como la soldabilidad”. dijo el científico investigador de NETL, Richard Oleksak.
“Un mejor acero no es el único beneficio potencial”, agregó. “El cerio, que es el elemento de tierras raras más abundante en las materias primas domésticas tanto convencionales como no convencionales, es actualmente un importante subproducto no utilizado de la extracción de tierras raras más valiosas. Esto significa que podríamos ver la creación de aplicaciones para el cerio para satisfacer la demanda industrial”.
Dijo que con una producción mundial de acero de dos mil millones de toneladas anuales, la incorporación de incluso pequeñas cantidades de cerio en esta industria aumentaría significativamente su demanda. Al desarrollar aplicaciones de gran volumen para el cerio, se mejora la propuesta de valor para la producción nacional de tierras raras, mejorando así la cadena de suministro de estos minerales críticos.
REE tiene una larga trayectoria en la siderurgia. Específicamente, el cerio, el lantano y las aleaciones ricas en cerio/lantano se han utilizado de alguna forma desde la década de 1950. El costo del cerio y el lantano ha disminuido significativamente desde el importante trabajo que involucró a estos elementos en la fabricación de hierro y acero a mediados del siglo XX.
Un factor importante de esta reducción de costos está relacionado con el llamado problema de equilibrio de tierras raras. Es decir, tanto el cerio como el lantano coexisten con otros REE, como el neodimio, tanto en materias primas domésticas convencionales como no convencionales. Debido a la gran demanda de neodimio y otros REE para diversas tecnologías de energía limpia, y al probable aumento de la demanda de estas tecnologías en la era de la descarbonización global, es muy probable que se produzcan enormes cantidades de cerio y lantano no utilizados en los próximos años. décadas.
“Esto presenta una excelente oportunidad para la consideración renovada de estas tierras raras como adiciones de aleación prometedoras y económicas en la fabricación de acero”, dijo Oleksak. “El éxito de NETL en el desarrollo de aleaciones de acero mejoradas con cerio es un ejemplo de los posibles beneficios económicos y ambientales que se obtienen al aprovechar tales oportunidades”.
Se esperan nuevas mejoras significativas en la infraestructura de oleoductos en los próximos años que pueden ayudar a la nación a facilitar los objetivos de descarbonización, incluidos oleoductos diseñados específicamente para el transporte de CO2 e hidrógeno. Ambos usos plantean desafíos únicos y aumentan la confianza en la integridad de los productos de acero.
NETL es un laboratorio nacional del Departamento de Energía de EU que impulsa la innovación y ofrece soluciones tecnológicas para un futuro energético ambientalmente sostenible y próspero. Al aprovechar sus instalaciones de investigación y talento de clase mundial, NETL garantiza energía asequible, abundante y confiable que impulsa una economía sólida y la seguridad nacional, mientras desarrolla tecnologías para administrar el carbono a lo largo del ciclo de vida completo, lo que permite la sostenibilidad ambiental para todos los estadounidenses.
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