Versuchsaufbau zur Bestimmung der Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoff. ©Bild: FI/IWM

Mikrostruktur von Wasserstoff-Schädigungsmechanismen. ©Bild: FI/IWM

Molekulardynamische Simulation eines Wasserstoff-induzierten Defekts in einem Kristall. ©Bild: FI/IWM

Fraunhofer IWM: Erdgaspipelines für Wasserstoff nutzbar machen

(FI/IWM) Am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg startet ein Projekt zur Erforschung des Einflusses von Wasserstoff auf die Sicherheit von Erdgasrohrleitungen, wenn diese wasserstoffhaltige Gase führen. Die Projektpartner entwickeln gemeinsam ein Auslegungs-, Bewertungs- und Überwachungssystem für Rohrleitungsnetze, um bereits bestehende Infrastrukturen nutzen zu können.


Wasserstoff spielt in der Energiewende eine wichtige Rolle: Er kann als Speichermedium dienen und Schwankungen ausgleichen, die beim Energieverbrauch und bei der Energieproduktion entstehen. Damit Wasserstoff seine Stärke als Energiepuffer (»Power-to-Gas«) entfalten und zur Versorgungssicherheit beitragen kann, ist unter anderem eine zuverlässige und sichere technische Infrastruktur aus Rohrleitungen und Anlagentechnik nötig. Die Idee ist, bestehende Erdgaspipelines und -speicher für die Verteilung und Speicherung von Wasserstoff umzufunktionieren.

Wasserstoffversprödung
Das Problem dabei ist, dass Wasserstoff die Festigkeit und Zähigkeit von Werkstoffen herabsetzen und zu einem spontanen oder auch zeitlich verzögerten Versagen von Komponenten führen kann. Bei der sogenannten Wasserstoffversprödung dringt atomarer Wasserstoff in das Gefüge von Metallen ein und schwächt die atomaren Bindungen, was zu Rissen und zu Brüchen führen kann. Gemeinsam mit Partnern entwickelt das Fraunhofer IWM hierzu ein Auslegungs-, Bewertungs- und Überwachungssystem PIMS (Pipeline Integrity Management System). Das Institut erhält dafür eine Förderung von ca. 1 Mio. Euro im Rahmen des Projekts Hypos »Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany«, dessen Laufzeit vier Jahre beträgt.

Auswirkung von Rohrleitungsschäden
»Unsere Expertise ist gefragt, um den Einfluss von Wasserstoff auf die Festigkeitseigenschaften der Werkstoffe, die in Rohrleitungen verbaut sind, zu bewerten und sie für den zukünftigen Betrieb mit wasserstoffhaltigen Gase zu priorisieren«, sagt Wulf Pfeiffer, Projektleiter am Fraunhofer IWM. Seine Gruppe »Mikrostruktur, Eigenspannungen« bewertet nicht nur die Eignung der verbauten Werkstoffe, sondern untersucht auch, wie kritisch mögliche Vorschädigungen aus dem bisherigen Betrieb der bestehenden Rohre für die sichere Bewirtschaftung mit Wasserstoff sind. Dazu entstehen am Fraunhofer IWM in Freiburg derzeit neue Versuchseinrichtungen, die Festigkeitsuntersuchungen auch unter extremen Wasserstoffdrücken ermöglichen. Zudem führt das Team Simulationsrechnungen auf verschiedenen Grössenskalen durch, um den Effekt der Wasserstoffversprödung in Verbindung mit verschiedenen Betriebsszenarien zu simulieren.

Beitrag zur regenerativen Energieversorgung
»Das Projekt zeigt einmal mehr, wie wichtig die Werkstoffforschung für die Energiewende ist: Wir können die Effekte aufklären, die auf atomarer Skala in Werkstoffen wirken, und damit einen grossen Beitrag zur regenerativen Energieversorgung leisten«, so der Leiter des Geschäftsfelds »Werkstoffbewertung, Lebensdauerkonzepte« Wulf Pfeiffer. Möglich ist dies durch das Zusammenspiel von spezialisierter Werkstoffcharakterisierung und präziser Werkstoffsimulation.

Hypos-Konsortium >>
Programm Zwanzig20 des deutschen Bundesforschungsministeriums BMBF >>

Text: Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM


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