Werkstoffe für die Wasserstoffwirtschaft

Metallische Werkstoffe werden in einer künftigen Wasserstoffwirtschaft für Pipelines und andere zentrale Infrastrukturen benötigt. Bisher sind die Prüfverfahren, mit denen ihre Eignung für den klimaneutralen Energieträger getestet werden kann, aufwändig und teuer. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) koordiniert ein Projekt, das eine deutlich schnellere Prüfmethode entwickelt und den Aufbau einer Wasserstoffwirtschaft beschleunigen soll. Das Projekt ist Teil des Wasserstoff-Leitprojekts TransHyDE, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird.

Mehrere Millionen Tonnen Wasserstoff werden in Zukunft jedes Jahr nach Deutschland importiert oder vor Ort erzeugt werden müssen. Um den Energieträger in diesen Größenordnungen transportieren, speichern und nutzen zu können, müssen vorhandene Erdgasleitungen ertüchtigt oder umgerüstet werden sowie völlig neue Infrastrukturen aufgebaut werden. Dazu zählen Pipelines, Hochdruckbehälter und Verteilerstationen.
Dabei stehen überall metallische Werkstoffe im Fokus, denn vor allem sie können dem hohen Druck standhalten, unter dem Wasserstoff gespeichert und transportiert wird. Vor ihrer Verwendung gilt es daher zu prüfen, ob sie für den sicheren Einsatz in einer künftigen Wasserstoffwirtschaft geeignet sind.

Solche Tests werden nahezu weltweit nach Normen der International Organization for Standardization (ISO) durchgeführt. Bislang jedoch beschreiben die vorhandenen Normen der ISO, die es für die Qualifizierung von metallischen Werkstoffen für Wasserstoff gibt, aufwändige und kostenintensive Verfahren. Sie können weltweit nur von sehr wenigen Prüflaboren praktiziert werden.

So besteht die Gefahr, dass komplizierte Prüfverfahren und begrenzte Laborkapazitäten den schnellen Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur behindern. Aus diesem Grund hat die ISO bereits im August 2021 zur Normierung eines kostengünstigen und schnellen Verfahrens zur Durchführung von Zugversuchen an metallischen Werkstoffen in Hochdruckwasserstoff aufgerufen. Bei diesen Versuchen wird getestet, ob und wie Wasserstoff die Eigenschaften der Werkstoffe in Wasserstoffumgebung und unter mechanischer Belastung beeinflusst.

Die BAM hat dazu bereits 2022 in ihrem Wasserstoff-Kompetenzzentrum H2Safety@BAM ein Verfahren mit einer sogenannten Hohlzugprobentechnik weiterentwickelt: Gegenüber bisherigen Methoden besitzt es u. a. den Vorteil, dass viel geringere Mengen an Wasserstoff benötigt werden. Daher lässt es sich mit deutlich weniger Aufwand durchführen.

„Als Teil des TransHyDE-Projekts Norm wollen wir mit unserem Vorhaben H2HohlZug diese Technik jetzt so weiterentwickeln, dass sie von der ISO standardisiert und breitflächig von Prüflaboren eingesetzt werden kann“, so Oded Sobol vom Wasserstoff-Kompetenzzentrum der BAM. „Dazu sollen die Erkenntnisse aus der Forschung direkt in laufende Normungsprozesse der ISO einfließen. Unser Ziel ist es, dass in Zukunft Industrieunternehmen in Deutschland, aber auch weltweit deutlich schneller und einfacher als bisher die H2-Readiness metallischer Werkstoffe prüfen können.“

Drei große Wasserstoff-Leitprojekte des BMBF zielen auf eine Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie. TransHyDE ist eines von ihnen und widmet sich insbesondere dem Aufbau einer Infrastruktur für den Transport von Wasserstoff.

Quelle und Foto: Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)