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Verfahrenstechnik 5-6/2022

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Verfahrenstechnik 5-6/2022

GRÜNER WASSERSTOFF

GRÜNER WASSERSTOFF MACH’S MIT EDELSTAHL ROSTFREI Für die proklamierte Energiewende mit grünem Wasserstoff müssen neben neuen Versorgungseinrichtungen auch ausreichend großtechnische Produktionsanlagen geschaffen werden. Die dafür eingesetzten Systeme und Komponenten erfordern wasserstoffresistente Eigenschaften. Rostfreie Edelstähle in anwendungsspezifisch ausgelegter Güte bieten sich hier als Werkstoff der Wahl an. Die spezifischen Eigenschaften von Wasserstoff stellen höchste Anforderungen an die für Elektrolyseure, Fluidsysteme, Tanks, Anlagen und Armaturen eingesetzten Werkstoffe. So erfordert die hohe Diffusionsfähigkeit des Gases eine zuverlässige Gasdichte aller Komponenten, um Verluste sowie Explosions- oder Brandgefahr durch austretenden Wasserstoff zu vermeiden. Bei vielen Metallen können Wasserstoffatome jedoch den Werkstoff durchdringen (Permeation) und dadurch die mechanischen Eigenschaften erheblich beeinträchtigen. Bereits bei einer Wasserstoffkonzentration von wenigen ppm kommt es zu Korrosion mit der Folge einer vorzeitigen Materialermüdung (Degradation), was ein unvertretbares Sicherheitsrisiko darstellt. Komponenten aus anwendungsbezogen ausgelegtem Edelstahl Rostfrei hingegen widerstehen durch ihre Gefügestruktur dauerhaft sowohl der Permeation als auch der Degradation. PRODUKTION UND NUTZUNG Gehäusekomponenten für Elektrolyseure werden ebenso wie Rohrbündel-Wärmetauscher, die zur Herunterkühlung von Wasserstoff von 60 auf 5 °C eingesetzt werden, aus Edelstahl in Standardgüten gefertigt. Hocheffiziente Plattenwärmeübertrager für die Produktion von Wasserstoff mittels PEM- oder AEL-Verfahren und Komponenten für Aufgaben mit sehr hohen Reinheitsanforderungen bestehen komplett aus hochlegierten nichtrostenden Stählen. Dank ihrer besonderen Korrosionsbeständigkeit widerstehen diese extremen Druckunterschieden und Temperaturen. Auch Wärmeübertragungslösungen für die Rückgewinnung der Energie aus den Elektrolyseuren und ihre Nutzung in Brennstoffzellen oder anderen Power-to-X-Lösungen benötigen für eine dauerhafte Resistenz gegen Korrosion, Temperaturschwankungen und Ermüdung Konstruktionen aus hochwertigem Edelstahl Rostfrei. VERDICHTUNG UND TRANSPORT Einen unverzichtbaren Beitrag, um Wasserstoff in industriellen Anwendungen nutzen zu können, leisten Hochdruckkompressoren. Zur platzsparenden Speicherung oder Trailer-Abfüllung verdichten und verflüssigen sie das Gas. Alle Komponenten mit direktem Medienkontakt wie Leitungen, Rohre, Gasstrang und Zylinderköpfe dieser Verdichter werden aus kundenspezifisch ausgelegtem Edelstahl Rostfrei gefertigt. Für die gebotene Verschleiß- und Dauerfestigkeit sowie für eine hohe Zähigkeit der Komponenten ist Edelstahl Rostfrei mit erhöhtem Nickelanteil unverzichtbar. Spezielle Klemmringverschraubungen aus Edelstahl widerstehen sogar extremen Drücken mit gleichzeitiger Vibrationsresistenz. Gleiches gilt für in Speicherbehältern eingesetzte Dichtungen mit Durchmessern von bis zu 4 m. Für den sicheren Betrieb in Hochdruckbereichen mit mehr als 200 bar Druck und kontinuierlicher Wasserstoffexposition haben diese Spiraldichtungen vorgeformte Metallwicklungen aus Edelstahl. 54 VERFAHRENSTECHNIK 2022/05-06 www.verfahrenstechnik.de

KOMPONENTEN UND SYSTEME Plattenwärmeübertrager für die Produktion von Wasserstoff bestehen komplett aus hochlegierten nichtrostenden Stählen Mit Edelstahl Rostfrei ausgekleidete Stahl-Pipelines sind geschützt vor schleichenden Gasaustritt und damit vor Versprödung Eine Schlüsselfunktion bei der Erzeugung, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff haben Pipelines und Pumpen. Stahl-Pipelines für den Wasserstofftransport ergänzen ihren mehrschichtigen Aufbau mit einer Innenauskleidung aus nichtrostendem Stahl. Mehrphasenpumpen aus Edelstahl fördern bei der Elektrolyse das noch gesättigte Medium nach der Gasabscheidung über den Wärmetauscher auf den Stack genannten Zellenstapel, versorgen Brennstoffzellen mit Wasserstoff oder bringen Wasserstoff bei der Methanisierung in Lösung. Zum Erreichen hoher Förderdrücke werden mehrstufige Kreiselpumpen aus nichtrostendem wird es gelingen, den CO 2 -Ausstoß nachhaltig zu verringern und Europa bis 2050 klimaneutral zu machen. Mittel und Wege zur Produktion, Nutzung und Verteilung des grünen Energieträgers werden aktuell auch mithilfe der Politik massiv ausgebaut. Ziel ist eine klimaneutrale Zukunft in allen Prozessen. Bilder: Linde, WZV/Alfa Laval www.wzv-rostfrei.de MIT GRÜNEM WASSERSTOFF ZUR KLIMANEUTRALITÄT GEHT NICHT OHNE ROSTFREIE EDELSTÄHLE Stahl eingesetzt. Kryotechnische Lager- und Transportbehälter aus Edelstahl für tiefkalt verflüssigte Gase beantworten die Nachfrage der Chipindustrie nach hochreinem grünem Wasserstoff als Prozessgas. Aktuell in der Entwicklung ist ein Wasserstofftanker zum Transport von komprimiertem Wasserstoff. Er soll ab Mitte des Jahrzehnts mit einer Ladekapazität von 2.000 t die Anforderungen der entstehenden Wasserstoffschifffahrt über mittlere Entfernungen erfüllen. Seine mehrwandigen Tanks mit Durchmessern bis 20 m sind zum Schutz gegen Materialversprödung ebenfalls vollflächig mit Edelstahl ausgekleidet. AUF DEM WEG ZUR KLIMANEUTRALITÄT Fazit: Grüner Wasserstoff hat als Ersatz fossiler Brennstoffe und lange gesuchter Lösung zur umfänglichen Nutzung erneuerbarer Energien nahezu unbegrenztes Potenzial. Nur mit seiner Hilfe ROSTFREIE EDELSTÄHLE FÜR WASSERSTOFF-ANWENDUNGEN Standardmäßig kommen für Komponenten, die mit Wasserstoff in Berührung kommen, die nichtrostenden, austenitischen Edel stähle der Güten 1.4435, 1.4404 und 1.4307 zum Einsatz, für besonders kritische Anwendungen mit extremen Korrosionsanforderungen die Güten 1.4439, 1.4462 (Duplex) und 1.4410 (Superduplex) . Das geschützte Markenzeichen Edelstahl Rostfrei wird seit 1958 durch den Warenzeichenverband Edelstahl Rostfrei e. V. an Verarbeiter und Fachbetriebe vergeben. Über 1.100 Mit glieds unternehmen verpflichten sich zum produkt- und anwendungsspezifisch korrekten Werkstoff einsatz und zur fach gerechten Verarbeitung. Missbrauch des Markenzeichens wird vom Verband geahndet. www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 2022/05-06 55