Startup vyvíjí ocel odolnou proti korozi pro mosty s životností 100 let

Americká asociace pro silnice a dopravní stavby uvádí, že jedna třetina mostů v USA potřebuje opravu nebo výměnu, což představuje více než 200 000 mostů. Hlavním viníkem stárnutí americké infrastruktury je rezavějící ocelová výztuž, která praská okolní beton a zvyšuje tak riziko zhroucení mostů.

Společnost Allium Engineering, založená dvěma absolventy MIT s doktoráty, nyní trojnásobně prodlužuje životnost mostů a dalších staveb pomocí nové technologie, která využívá nerezovou ocelovou vrstvu k ochraně výztuže před korozí. Díky eliminaci koroze infrastruktura vydrží mnohem déle, snižuje se potřeba oprav a snižují se emise uhlíku. Technologie společnosti se snadno integruje do stávajících procesů výroby oceli, čímž se zvyšuje odolnost, dostupnost a udržitelnost americké infrastruktury v příštím století.

„V USA typická mostní konstrukce vydrží v průměru asi 30 let – my umožňujeme životnost 100 let,“ říká spoluzakladatel a generální ředitel společnosti Allium Steven Jepeal, PhD '21. „Existuje obrovské množství infrastruktury, která potřebuje výměnu, a ta ve skutečnosti stárne rychleji, než se očekávalo, a to z velké části proto, že materiály, které jsme v té době používali, nebyly na tuto práci vhodné. Snažíme se využít momentu přestavby americké infrastruktury, ale přestavět ji tak, aby vydržela.“

K tomu Allium přidává tenkou ochrannou vrstvu nerezové oceli na povrch tradiční ocelové výztuže, čímž zvyšuje její odolnost proti korozi. Asi 100 000 liber ocelové výztuže Allium již bylo použito ve stavebních projektech po celých Spojených státech a společnost věří, že její proces lze rychle škálovat společně s ocelárnami.

„Integrujeme náš systém do oceláren, takže nemusí dělat nic jinak,“ říká Jepeal, který spoluzaložil Allium se Samem McAlpine, PhD '22. „Přidáváme vše, co potřebujeme k výrobě běžného produktu do produktu s nerezovou ocelovou vrstvou, takže jakákoli ocelárna na světě může vyrobit materiál, který nebude korodovat. To je to, co je potřeba, aby světová infrastruktura vydržela déle.“

Směrem k lepším mostům

Jepeal dokončil doktorát na Katedře jaderného inženýrství a vědy na MIT pod vedením profesora Zacha Hartwiga. Během této doby viděl, jak Hartwig a další výzkumníci z MIT založili Commonwealth Fusion Systems, aby vytvořili první komerční fúzni reaktory, což ho podle jeho slov inspirovalo k založení startupu.

„Určitě mi to pomohlo chytit „startup bug“,“ říká Jepeal. „Na MIT jsem si také osvojil znalosti materiálové vědy.“

McAlpine dokončil doktorát pod vedením docenta Michaela Shorta. V roce 2019 McAlpine a Short pracovali na projektu financovaném ARPA-E, v rámci kterého kombinovali kovy pro zlepšení odolnosti proti korozi v extrémních podmínkách.

Jepeal a McAlpine se rozhodli založit společnost, která bude aplikovat podobný přístup ke zlepšení odolnosti kovů v běžných podmínkách, a spolupracovali s MIT Venture Mentoring Service a hovořili s Tata Steel, jedním z největších výrobců oceli na světě, který spolupracuje s MIT Industrial Liaison Program (ILP). Členové Tata řekli zakladatelům, že jedním z jejich největších problémů je koroze oceli.

Hlavním problémem, který se zakladatelé snažili vyřešit, byla depozice korozivzdorného materiálu bez významného zvýšení nákladů nebo narušení stávajících procesů. Výroba oceli tradičně začíná tím, že se obrovské kusy předchůdce oceli protahují stroji zvanými válce při extrémně vysokých teplotách, aby se materiál natáhl. Jepeal přirovnává tento proces k výrobě těstovin v průmyslovém měřítku.

Zakladatelé se rozhodli přidat svoji vrstvu před procesem válcování. Ačkoli je systém Allium přizpůsobený, společnost dnes využívá stávající zařízení používaná v jiných aplikacích pro zpracování kovů, jako je svařování, k přidání své vrstvy.

„Jdeme do oceláren a bereme velké kusy oceli, které procházejí procesem výroby oceli, ale nejsou konečným produktem, a na vnější stranu jejich levné uhlíkové oceli, která je obvykle jen recyklovaným šrotem z produktů, jako jsou auta a ledničky, nanášíme nerezovou ocel,“ říká Jepeal. „Upravená ocel pak prochází typickým procesem ocelárny pro výrobu konečných produktů, jako je výztuž.“

Každý 40stopý kus silné oceli se po válcování promění v asi míli výztuže. Výztuž ošetřená společností Allium je stále více než 95 procent běžné výztuže a nevyžaduje žádné speciální dodatečné zpracování ani manipulaci.

„To, co vychází z ocelárny, vypadá jako běžná výztuž,“ říká Jepeal. „Je stejně pevná a lze ji ohýbat, řezat a instalovat stejným způsobem. Ale místo aby se použila do mostu a vydržela v průměru 30 let, vydrží 100 let nebo déle.“

Infrastruktura, která vydrží

V loňském roce začala továrna Allium v Billerice v Massachusetts vyrábět svůj první komerční materiál na vrstvu, čímž pomohla vyrobit asi 100 tun ocelové výztuže s nerezovou ocelovou vrstvou ve spolupráci s partnerskou ocelárnou. Tato výztuž byla poté použita ve stavebních projektech v Kalifornii a na Floridě.

První závod Allium má kapacitu vyrábět asi 1000 tun své dlouhotrvající výztuže ročně, ale společnost doufá, že postaví další závody blíže k ocelárnám, se kterými spolupracuje, a nakonec je integruje do provozu oceláren.

„Naše poslání snižovat emise a zlepšovat tuto infrastrukturu je to, co nás žene k velmi rychlému rozšiřování, abychom uspokojili potřeby odvětví,“ říká Jepeal. „Všichni, s kým mluvíme, chtějí, aby to bylo větší, než je to dnes.“

Allium také experimentuje s dalšími materiály a kompozity na vrstvy. Jepeal v budoucnu vidí technologii Allium používanou pro věci nad rámec výztuže, jako jsou železniční koleje, ocelové nosníky a potrubí. Zdůrazňuje však, že zaměření společnosti na výztuž ji bude zaměstnávat v dohledné budoucnosti.

„Téměř veškerá naše infrastruktura má tento problém s korozí, takže je to největší problém, jaký si dokážeme představit, že bychom ho vyřešili pomocí našich dovedností,“ říká Jepeal. „Tunely, mosty, silnice, průmyslové budovy, elektrárny, chemické továrny – všechny mají tento problém.“