Schadet Wasserstoff Industrieanlagen?
Wasserstoff hat das Potential, den CO2-Ausstoß in einigen Industriezweigen zu senken – etwa, wenn Metalle geschmolzen werden. Allerdings kann der Kontakt mit Wasserstoff negative Folgen für Anlagen und Produkte haben. Ein Forschungsprojekt von Prof. Dr. Martin Bonnet vom Institut für Werkstoffanwendung und dem Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI) untersucht die Auswirkungen von Wasserstoff.
Werkstoffproben werden am GWI einer Wärmebehandlung in wasserstoffreicher Flamme unterzogen
(Bild: Martin Bonnet/TH Köln)
Prof. Bonnet, was macht den Einsatz von Wasserstoff in der Industrie interessant?
Prof. Dr. Martin Bonnet: Der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland lag laut Statistischem Bundesamt 2020 bisher bei rund 55 Prozent. Eine erfreuliche Entwicklung, die ein Problem dieser Energieträger in den Vordergrund rückt: Sie unterliegen starken Schwankungen und benötigen Speichermöglichkeiten. Hier kommt Wasserstoff ins Spiel, der mit dem überschüssigen Strom produziert werden kann – das sogenannte power-to-gas. Wasserstoff ist gut speicherbar und kann CO2-frei verbrannt werden, um bei Bedarf wieder Energie zu erzeugen. Oder er wird in Industrieprozessen verwendet und beispielsweise Erdgas beigemischt.
Welche Vor- und Nachteile hätte die Vorgehensweise?
Der Vorteil ist, dass beim Verbrennen eines Erdgas-Wasserstoff-Gemischs weniger CO2 freigesetzt wird, als bei reinem Erdgas. Nachteile sind die möglichen Auswirkungen von Wasserstoff auf die Produktionsanlagen, insbesondere auf die Leitungen und Armaturen, sowie auf die gefertigten Produkte. Wir wissen, dass bestimmte Werkstoffe in Mitleidenschaft gezogen werden, wenn sie längerer Zeit Wasserstoff ausgesetzt sind. Dies ist für die Unternehmen natürlich besorgniserregend und sie sind deshalb mit dem Einsatz von Wasserstoff sehr zurückhaltend. Zusammen mit dem GWI untersuchen wir jetzt gezielt, inwieweit die Befürchtungen berechtigt sind.
Elektrolytische Wasserstoffbeladung von Proben am Institut für Werkstoffanwendung
(Bild: Martin Bonnet/TH Köln)
Wie ist das Projekt strukturiert?
Zunächst haben wir eine Marktrecherche durchgeführt, um herauszufinden, was die Standard-Werkstoffe in den Anlagen sind. Dabei handelt es sich zum Beispiel um klassischen Baustahl aber auch um Kupfer. Das GWI hat bei Proben der Stoffe die sogenannte Beladung durchgeführt, also die Proben längere Zeit Wasserstoff ausgesetzt. Am Institut für Werkstoffanwendung werden wir die Proben untersuchen und die Auswirkungen analysieren. In der Regel sorgt Wasserstoff dafür, dass die Materialien spröde werden. Wir möchten wissen, wie stark das Phänomen bei verschiedenen prozentualen Anteilen des Wasserstoffs im Gasgemisch ist. Denn eventuell gibt es bestimmte Grenzwerte, die für Industrieanlagen noch tolerabel sind.
Ein anderes Thema sind die eigentlichen Produkte, wie zum Beispiel Aluminium-Gussbauteile. Die Flamme eines Erdgas-Wasserstoff-Gemischs unterscheidet sich deutlich von der aus reinem Erdgas. Es ist möglich, dass Wasserstoff-Atome aus der Flamme in das gegossene Produkt diffundieren und seine Eigenschaften verändern. Daher untersuchen wir auch, ob und in welchem Maße dies geschieht.
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Das Forschungsprojekt „H2-Substitution II – Untersuchung der Auswirkung von H2-Zumischungen ins Erdgasnetz auf industrielle Feuerungsprozesse in thermoprozesstechnischen Anlagen. Auswirkungen auf die Produktqualität und die gasführende Installation“ läuft von September 2019 bis September 2021 und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. |
Juli 2020
