Politechnika Rzeszowska z nowym projektem badawczym NCN OPUS 29

Zdjęcie: politechnika rzeszowska wodór badania

Politechnika Rzeszowska. Badania. Wodór

Na Wydziale Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej rozpocznie się realizacja nowego projektu badawczego finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu OPUS 29. Projekt pt. Potencjał stopów wysokiej entropii w technologiach wodorowych: optymalizacja trwałości i adekwatności stopów HEA będzie realizowany w latach 2026–2029, a jego całkowity budżet wynosi 997 960 zł.

Badania prowadzone będą w Katedrze Nauki o Materiałach, Laboratorium Badań Materiałów dla Przemysłu Lotniczego oraz w nowo powstałym Laboratorium Wodorowym Politechniki Rzeszowskiej.

Zespół badawczy i doświadczenie naukowe

Kierownikiem projektu jest dr hab. inż. Wojciech Nowak, prof. PRz z Katedry Nauki o Materiałach Politechniki Rzeszowskiej. W skład zespołu badawczego wchodzą również dr hab. inż. Grażyna Mrówka-Nowotnik, prof. PRz, dr hab. inż. Przemysław Kwolek, prof. PRz oraz doktorant – stypendysta wyłoniony w drodze konkursu.

Projekt stanowi logiczną kontynuację wcześniejszych badań realizowanych przez kierownika projektu, w tym projektu OPUS 20 dotyczącego stopów wysokiej entropii pracujących w parze wodnej, który zakończył się w sierpniu 2025 roku.

Wodór jako klucz do redukcji emisji gazów cieplarnianych

Jednym z największych wyzwań współczesnej energetyki i lotnictwa jest ograniczenie emisji gazów cieplarnianych. Silniki turboodrzutowe oraz stacjonarne turbiny gazowe odpowiadają za znaczącą część globalnej emisji CO2, a sektory energetyki i transportu lotniczego generują łącznie około dwóch trzecich światowej emisji gazów cieplarnianych.

Jednym z najbardziej perspektywicznych rozwiązań jest zastosowanie paliw alternatywnych, w tym wodoru, a w szczególności zielonego wodoru. Jego spalanie prowadzi do powstania pary wodnej zamiast dwutlenku węgla, co istotnie ogranicza negatywny wpływ na środowisko.

Wyzwania materiałowe w technologiach wodorowych

Spalanie mieszaniny wodoru i powietrza wiąże się jednak z istotnymi wyzwaniami technologicznymi. Zastosowanie paliwa wzbogaconego wodorem powoduje znaczny wzrost temperatury pracy oraz zwiększoną zawartość pary wodnej w spalinach. Tymczasem w tej chwili stosowane stopy metali pracują już blisko granic swoich możliwości temperaturowych.

Dlatego kluczowym problemem jest opracowanie nowych materiałów konstrukcyjnych, które będą wykazywały wysoką odporność na utlenianie i degradację w warunkach spalania paliw wysokowodorowych, przy znacznie podwyższonych temperaturach i dużej wilgotności atmosfery gazowej.

Stopy wysokiej entropii jako przyszłość turbin gazowych

Celem projektu jest opracowanie nowego rodzaju materiałów opartych na stopach wysokiej entropii, które będą charakteryzowały się lepszymi adekwatnościami niż najnowocześniejsze w tej chwili stosowane nadstopy niklu wykorzystywane w najgorętszych częściach turbin gazowych.

Planowane prace obejmują projektowanie i wytwarzanie nowatorskich stopów HEA, przeprowadzenie badań preselekcyjnych w warunkach laboratoryjnych oraz ich pełną charakterystykę mikrostrukturalną i mechaniczną.

Badania laboratoryjne i testy w warunkach rzeczywistych

Wyselekcjonowane stopy wysokiej entropii, wykazujące najlepsze adekwatności, zostaną poddane badaniom w atmosferze rzeczywistych spalin paliw wzbogaconych wodorem, zawierających do 50 procent wodoru. Testy te zostaną przeprowadzone na specjalistycznym stanowisku wodorowym.

Równolegle prowadzone będą badania porównawcze z wykorzystaniem w tej chwili stosowanych nadstopów niklu. Pozwoli to na bezpośrednią ocenę potencjału nowych materiałów w odniesieniu do istniejących rozwiązań przemysłowych.

Modelowanie procesów utleniania i dyfuzji wodoru

Istotnym elementem projektu będzie modelowanie zmian mikrostrukturalnych zachodzących w materiałach podczas ekspozycji na wysokie temperatury, zarówno w testach laboratoryjnych, jak i w warunkach rzeczywistego spalania paliw wysokowodorowych.

W końcowym etapie opracowane zostaną mechanizmy procesu utleniania w zależności od rodzaju atmosfery utleniającej. Dodatkowo wyznaczone zostaną współczynniki dyfuzji wodoru w badanych stopach, co ma najważniejsze znaczenie dla ich długotrwałej trwałości eksploatacyjnej.

Znaczenie projektu dla energetyki i lotnictwa

Wyniki projektu znacząco poszerzą wiedzę z zakresu inżynierii materiałowej i technologii wodorowych. Opracowane stopy wysokiej entropii będą rozwiązaniami unikatowymi w skali światowej, a uzyskane dane dotyczące ich żaroodporności w warunkach rzeczywistych spalania wodoru dostarczą cennych informacji dla przemysłu.

Rezultaty badań mogą przyczynić się do rozwoju niezawodnych turbin gazowych i silników odrzutowych zasilanych wodorem, wspierając transformację energetyczną, ograniczenie emisji gazów cieplarnianych oraz stopniowe uniezależnianie się od paliw kopalnych w energetyce i transporcie.