Fraunhofer-Gesellschaft
Wasserstoff ist ein vielversprechender Energieträger, bei dessen Einsatz die Sicherheit höchste Priorität hat. Entsprechende Verfahren für die Qualifizierung der Werkstoffe und Bauteile von Wasserstoffanwendungen sind folglich unerlässlich. Zu betrachtende Einsatzgebiete reichen von der Elektrolyse, über die Speicherung bis zu Anwendungen im Mobilitäts-, Wärme/Energie- sowie Industriesektor. Eng verknüpft mit der Sicherheit ist die Frage der Lebensdauer. Die Fraunhofer-Institute bringen ihr Know-how in vielfältigen industriellen und öffentlich geförderten Projekten, die diese Aspekte adressieren, samt entsprechenden Prüfeinrichtungen ein.
Mit Sicherheit zu immer mehr Wasserstoff!
Die Transformation zu einer klimaneutralen Gesellschaft erfordert eine breite Akzeptanz der Wasserstoffwirtschaft. Dies bedeutet insbesondere ein hohes Vertrauen in deren Betriebssicherheit. Sicherheitsrisiken oder Unfallgefahren müssen weitestgehend ausgeschlossen beziehungsweise minimiert werden. Die Betreiber von Anlagen zur Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Nutzung von Wasserstoff müssen eine lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit der Anlagen gewährleisten. Dies kann durch angepasste Lebensdauermodelle, die Auswahl qualifizierter Werkstoffe sowie die Kontrolle und ein systematisches Monitoring relevanter Zustands- und Prozessdaten erfolgen. Der gute Ruf einer innovativen Wasserstoff- Technologie „Made in Germany“ fußt somit nicht allein auf der Technologie selbst. Viel mehr setzt er Sicherheit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit auf höchstem Niveau voraus, um international als Benchmark zu gelten.
Dieser Leitgedanke gilt für alle technischen Systeme, die für den Kunden- und Anwendernutzen einen Mehrwert erbringen sollen und dabei gleichzeitig eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit aufweisen müssen. Dabei spielen auch der Einsatz von Leichtbau sowie eine hohe Werkstoffeffizienz bei gleichzeitiger Einhaltung von Kosten für den Anwender eine wichtige Rolle.
Auch die im Rahmen der Energiewende speziell für die Wasserstoffwirtschaft entwickelten Technologien bedürfen einer Analyse in Bezug auf Verfügbarkeit, Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie Lebensdauer. Diese umfasst neben den Elektrolysesystemen, der Brennstoffzelle bei mobilen Anwendungen die Analyse von Systemen und Komponenten der Infrastruktur, wenn etwa Wasserstoff im vormaligen Erdgasnetz verteilt wird. Aber auch die geplante Nutzung des Energieträgers in der verarbeitenden Industrie, die bisher wie beispielweise die Stahlindustrie mit diesem Reduktionsmittel keine Berührung hatten. Dabei stellen sich Entwicklern, Herstellern und Anwendern zahlreiche Fragen nach dem geeigneten Lebensdauermodell, der richtigen Werkstoffauswahl, der Systemüberwachung und Sicherheitsbewertung. Zudem besteht aber auch der Bedarf für Methoden zur Bewertung der Systemzuverlässigkeit und Resilienz.
Die Sicherheit, Funktion, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Komponenten und Systemen werden stets durch H2-spezifische Werkstoffschädigungen infolge mechanischer, thermischer, chemischer und elektromagnetischer Lasten im Betrieb begrenzt, wenn die Schwachstellen nicht erkannt werden. Dem kann durch angepasste Lebensdauermodelle, die Auswahl von Werkstoffen mit hoher H2-Korrosionsresistenz sowie einem systematischen und geplanten Monitoring begegnet werden.
Wasserstoff, klar, aber sicher, zuverlässig und langfristig!
Neun Fraunhofer-Institute aus den Bereichen Systemanalyse, Sicherheit, Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Fraunhofer Wasserstoff-Netzwerks widmen sich intensiv gemeinsam genau diesen Fragestellungen. Ihre Kompetenzen haben sie in einem Arbeitskreis gebündelt, um so auch gezielt Kunden ansprechen beziehungsweise die Fragestellungen beantworten zu können. So beschäftigten sich die Mitglieder im Kontext der Wasserstoff-Ökonomie mit Fragen zu wasserstoffspezifischen Lebensdauermodellen, zur Werkstoffschädigung und Schädigungsdetektion, zum Monitoring von Wasserstoff führenden Komponenten, zur Erfassung von Zustands- und Prozessdaten, sowie mit der Modellierung und Simulation von Sicherheits- oder Zuverlässigkeitsszenarien aber auch deren experimentellen Evaluation. Dabei bezieht sich der Arbeitskreis bewusst auf die Sicherheit, Auslegung und Optimierung von Anlagen, Prozessen und Komponenten wie H2-Elektrolyseuren, Infrastrukturkomponenten, Brennstoffzellen und Speichern. Dies wird durch Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten, die sich im Ergebnis aus den Untersuchungen ableiten lassen, im Rahmen von Wasserstoff Testfeldern ergänzt.
Es werden Methoden erarbeitet, die eine effektive ganzheitliche Systembewertung und -überwachung ermöglichen und das Systemverhalten bis auf die Werkstoffebene mittels digitaler Sensorik und Sensormaterialien bewerten. Diese sichern eine hohe Verfügbarkeit von Anlagen, Prozessen und Mobilitätsanwendungen durch die rechtzeitige Detektion und Bewertung von Schädigungsvorgängen im Hinblick auf die Sicherheit und Lebensdauer, und sie ermöglichen eine rechtzeitige Instandhaltung. Wichtig sind dabei insbesondere die Sicherstellung einer hohen Anwendungsnähe sowie die Sicherheit der durch die Forschungsinstitute entwickelten Methoden und Konzepte.
Flankierend gehört zu den Arbeiten des Arbeitskreises SLZ auch die Mitarbeit in wissenschaftlichen und normativen Gremien für die Erarbeitung von Normen, Richtlinien und Umsetzungsempfehlungen im Kontext Wasserstoff.
