Wasserstoff gilt als vielversprechender Energieträger der Zukunft. Im Projekt „H2-Substitution II“ untersuchte ein Forschungsteam vom Institut für Werkstoffanwendung der TH Köln unter der Leitung von Prof. Dr. Martin Bonnet in Zusammenarbeit mit dem Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI), wie sich Wasserstoff auf industrielle Anlagen auswirkt. Das Ergebnis: Sie halten dem Wasserstoff stand.

Untersuchung zur Versprödung

Zunächst wurde ermittelt, welche Standard-Werkstoffe sich in den industriellen Anlagen befinden. Insgesamt wurden neun Werkstoffe ausgewählt. Dabei handelt es sich um klassische Baustähle sowie Kupfer. Als Nachweisverfahren für mögliche Versprödungen wurde eine Methodik aufgebaut, sogenannte Zugversuche mit langsamen Dehnraten. Zugversuche als Verfahren der Werkstoffprüfung dauern üblicherweise nur einige Minuten, wurden hier jedoch auf einen Tag ausgedehnt, da die Wasserstoffatome erst mit genügend Zeit diffundieren. Der Wasserstoffgehalt im Gasgemisch wurde stufenweise erhöht: von 0, 10, 30, 70 bis zu 100 %.

Die Versuche gaben Entwarnung: „Wir konnten bei den verwendeten Werkstoffen keine Wasserstoffversprödung feststellen. Für Baustähle, die bei Rohrleitungen und Armaturen unter H2-Druck verwendet werden, ist das Erdgas-Wasserstoff-Gemisch unkritisch. Eine Umrüstung auf Wasserstoff-Beimischung ist ohne negative Effekte für metallischen Werkstoffe möglich“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Martin Bonnet vom Institut für Werkstoffanwendung. Eine Wärmebehandlung mit bis zu 920 °C lieferte ein weiteres Ergebnis: „Bei erhöhten Temperaturen steigt die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs im Metallgitter, sodass der Wasserstoff angeregt wird, aus dem Metallgitter zu diffundieren“, so Bonnet weiter.

Das Projekt „Untersuchung der Auswirkung von Wasserstoff-Zumischungen ins Erdgasnetz auf industrielle Feuerungsprozesse in thermoprozesstechnischen Anlagen – Auswirkungen auf die Produktqualität von metallischen Werkstoffen und die gasführende Installation“, kurz H2-Substitution II, wurde vom Institut für Werkstoffanwendung der TH Köln in Kooperation mit dem Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI) durchgeführt. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie förderte das Projekt über zwei Jahre im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM).

(Quelle: TH Köln/2021)