RICERCA 2023
ELECTROCHEMICAL HYDROGEN CHARGING, COMPARISON OF DIFFERENT METHODOLOGIES
Luca Paterlini, 
Politecnico di Milano, CMIC “G. Natta”, Italy
Luca.paterlini@polimi.it
Luca Casanova, 
Politecnico di Milano, CMIC “G. Natta”, Italy
luca.casanova@polimi.it
Marco Ormellese, 
Politecnico di Milano, CMIC “G. Natta”, Italy
marco.ormellese@polimi.it
Giorgio Re
Politecnico di Milano, CMIC “G. Natta”, Italy
giorgio_re1@virgilio.it
Structural 245 | Marzo - Aprile  2023
10.12917/Stru245.09 – https://doi.org/10.12917/STRU245.09

ENGLISH END ITALIAN VERSION
The transition to sustainable energy production is a worldwide trend, which is currently under the spotlight for several environmental and geopolitical reasons. In the broader framework of the conversion to green energy sources, gaseous hydrogen has recently been identified as a versatile energy vector, in particular over long distances. To make the gaseous hydrogen transport a reality in the near future and to speed up the conversion process, it was decided to employ, at least in part, the already existing NG transport and distribution network. Nevertheless, a thorough evaluation of the compatibility of the already existing infrastructure adhibited to NG transport with gaseous hydrogen needs to be done. Hydrogen is indeed known to affect the mechanical properties of several categories of materials, including carbon and low alloy steels, which are vastly employed for pipeline manufacturing.
This article focuses on the capability to simulate at laboratory scale the real operating conditions of carbon and low alloy steel in high pressure gaseous hydrogen environment. Gaseous hydrogen charging and electrochemical hydrogen charging are briefly illustrated and critically discussed, highlighting advantages and limitations. Three different electrochemical charging methods employing different solutions (acid and recombination poison) were tested on carbon and low-alloy steels specimens. Specifically, 20-mm-thick J-integral mechanical test CT specimens, representative of the characteristic dimensions of high-pressure NG transport pipelines, were electrochemically charged with hydrogen. The most relevant charge parameters were also variated, including charge duration, current density and recombination poison dosage, to investigate the hydrogen absorption and desorption behaviour during and after charging.
 

ARGOMENTO:  CORROSION - CORROSIONE,STEEL ALUMINIUM AND STEEL CONSTRUCTION - ACCIAIO, ALLUMINIO E COSTRUZIONI METALLICHE
PAROLE CHIAVE: Idrogeno, Acciaio basso legato, Acciaio al carbonio, Carica elettrochimica, Carica via gas, Infragilimento da idrogeno, Transizione Ecologica, Tubazioni
Abstract
x
CARICA ELETTROCHIMICA DI IDROGENO, COMPARAZIONE DI DIFFERENTI METODOLOGIE

La transizione verso la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili è uno degli argomenti attualmente più caldi, sotto la luce dei riflettori per motivazioni ambientali e geopolitiche. Nel più ampio quadro della conversione energetica, l’idrogeno gassoso è stato individuato come potenziale vettore di energia sulle lunghe distanze. Per rendere il trasporto di idrogeno gassoso una realtà nel prossimo futuro, si sta optando per la sua immissione, anche parziale, all’interno delle reti di trasporto e distribuzione del gas naturale attualmente esistenti. Tuttavia, tali infrastrutture necessitano un’estensiva valutazione della loro compatibilità con la nuova miscela di gas, in quanto l’idrogeno ad alte pressioni è noto causare notevoli problemi di diversa natura a molti materiali impiegati nella filiera della manifattura delle tubazioni, in particolare per acciai al carbonio e basso legati, che saranno il focus di questo articolo.
Più nello specifico questo articolo si focalizza sull’attuale possibilità di riprodurre in scala ridotta le reali condizioni operative di tubazioni di acciaio adibite al trasporto di idrogeno gassoso. I caricamenti di idrogeno via gas ed elettrochimico saranno brevemente spiegati e criticamente discussi, evidenziando vantaggi e limitazioni. Tre differenti metodologie di carica elettrochimica applicate su acciai al carbonio e basso legati, saranno successivamente analizzate più nel dettaglio. Per la fase sperimentale sono stati impiegati campioni CT spessi 20 mm, utilizzati comunemente per prove di caratterizzazione di integrale – J, i in quanto rappresentativi delle reali dimensioni delle tubazioni sotto esame. I parametri di carica più rilevanti, quali il tempo, la densità di corrente e la quantità di veleno di ricombinazione sono stati variati durante le prove, con l’intento di valutare il comportamento di assorbimento e desorbimento di idrogeno.

KEYWORDS: Hydrogen, Low alloy steel, Carbon steel, Electrochemical charging, Gaseous charging, Hydrogen embrittlement, Green transition, Pipelines
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