Die fünf wichtigsten Best Practices für die Wasserstoffinfrastruktur
Die fünf wichtigsten Best Practices für die Fluidsystemauslegung in Wasserstoffanwendungen
Wasserstoff zählt weltweit zu den vielversprechendsten Lösungen für eine saubere und nachhaltige Energieversorgung. Vom Transportwesen über die Materialhandhabung bis hin zu stationären und tragbaren Stromquellen oder als Notstromversorgung – Wasserstoff bietet in vielen unterschiedlichen Anwendungen große Vorteile und in zahlreichen Branchen wächst das Interesse.
Um jedoch das volle Potenzial von Wasserstoff auszuschöpfen, müssen die für die Handhabung, Beförderung, Speicherung und Verteilung eingesetzten Fluidsysteme so sicher und zuverlässig wie möglich sein. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass sich die in der Regel aus der Öl- und Gasindustrie stammenden Branchenkenntnisse rund um die Systemauslegung meist nicht so einfach auf Wasserstoffanwendungen übertragen lassen.
Der Grund hierfür ist, dass sich Wasserstoff deutlich von typischen Öl- und Gasmedien unterscheidet und die Infrastruktur daher anders ausgelegt werden muss. In diesem Zusammenhang haben wir die fünf wichtigsten Überlegungen zur Systemauslegung für die Wasserstoffinfrastruktur zusammengestellt:
Nr. 1 Berücksichtigung der Endbenutzer
Abgesehen von Tankstellen sind die meisten industriellen Öl- und Gassysteme für Normalverbraucher im Alltag nicht sichtbar – und sie werden in der Regel ausschließlich von Experten betrieben.
Bei Wasserstoffsystemen hingegen müssen die besonderen Herausforderungen bei Betrieb und Nutzung mitgedacht werden.
Angesichts des Potenzials als saubere Energiequelle sind Wasserstoffsysteme jedoch für den direkten Einsatz durch Endverbraucher vorgesehen. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge werden zum Beispiel von den Endnutzern an Wasserstofftankstellen aufgetankt, wobei das druckbeaufschlagte Gas unter hohem Druck über eine praktische Zapfanlage in das Fahrzeug gepumpt wird. Um Sicherheitsbedenken zu reduzieren, müssen diese spezifischen Anwendungsfälle bei der Auslegung der Wasserstoffinfrastruktur berücksichtigt werden.
Nr. 2 Minimierung potenzieller Leckagestellen
Eine weitere Herausforderung ist das Leckagerisiko – und daher ist es von essenzieller Bedeutung, mögliche Leckagestellen im gesamten System zu minimieren.
Wasserstoffmoleküle sind extrem klein und können selbst durch kleinste Öffnungen in Fluidsystemen entweichen. Größere Moleküle wie bei Rohöl hingegen kommen durch diese Lücken nicht hindurch. Aus diesem Grund lässt sich die Auslegung herkömmlicher Öl- und Gassysteme grundsätzlich nicht ohne Weiteres auf leckagefreie Wasserstoffanwendungen übertragen. Die gängigen Dichtungen und Werkstoffe sowie die typischen Verbindungen zwischen Rohrleitungen und 
Wasserstoffmoleküle sind extrem klein und können
selbst durch kleinste Öffnungen in Fluidsystemen entweichen.
Bei der Reduzierung von Leckagestellen geht es darum, die Anzahl der einzelnen Verbindungspunkte in der gesamten Wasserstoffinfrastruktur zu reduzieren und an strategischen Stellen geeignete Rohrbiegetechniken anstelle von Verschraubungen einzusetzen. Fragen Sie bei Ihrem Anbieter nach Schulungsangeboten rund um die Auslegung.
Nr. 3 Einsatz von hochwertigem Edelstahl
Aufgrund ihrer geringen Größe verursachen Wasserstoffmoleküle eine besondere Form der Korrosion, die so genannte Wasserstoffversprödung. Bei diesem Phänomen wird die Duktilität sowie die Bruch- und Ermüdungsfestigkeit von Metallen verringert. Dadurch kann es zu einem Systemausfall kommen, der wiederum mit Sicherheitsrisiken, längeren Stillstandszeiten und finanziellen Verlusten einhergeht.
Mit den geeigneten Werkstoffen lässt sich Wasserstoffversprödung vermeiden. Grundsätzlich sollten die Rohrleitungen in Wasserstoffsystemen aus hochwertigem 316er-Edelstahl gefertigt werden, der sich auch bei einer hohen Betriebsdauer langfristig bewährt hat.
Mit den geeigneten Werkstoffen lässt sich Wasserstoffversprödung vermeiden.
Insbesondere Edelstähle mit hohem Nickelgehalt zeichnen sich in Wasserstoffanwendungen durch eine hohe Leistungsfähigkeit aus. Die ASTM (American Society for Testing and Materials) schreibt für 316er Edelstahl einen Nickelanteil von mindestens 10 % vor. Allerdings hält 316er Edelstahl mit einem Nickelanteil von mindestens 12 % den einzigartigen Herausforderungen in Wasserstoffsystemen besser stand. Der Nickelgehalt trägt dazu bei, die Mikrostruktur des Edelstahls zu stabilisieren, wodurch dieser resistenter gegenüber Wasserstoffversprödung ist.
Nr. 4 Nutzen Sie optimierte Rohrverschraubungen
Komponenten, die sich in Öl- und Gassystemen bewährt haben, sind nicht immer die beste Wahl für den Einsatz in Wasserstoffanwendungen.
So sind in zahlreichen Öl- und Gassystemen beispielsweise marktübliche Konus-/Gewindeverschraubungen erfolgreich im Einsatz, in Wasserstoffumgebungen sind diese Komponenten jedoch sehr leckageanfällig. Tatsächlich wurden die Konus-/Gewindeverschraubungen im späten 19. Jahrhundert entwickelt – und mittlerweile gibt es weitaus modernere und leistungsfähigere Alternativen.
Konus-/Gewindeverschraubungen
sind beim Einsatz in Wasserstoffsystemen sehr leckageanfällig.
Die Swagelok-Verschraubungen der Serie FK wurden beispielsweise speziell für den Einsatz in Wasserstoffanwendungen entwickelt. Seit ihrer Einführung hat sich die Serie FK in zahlreichen Branchen und Anwendungen bewährt. Mit ihren optimalen Nenndrücken von bis zu 1050 bar eignen sich die Komponenten sehr gut für Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb, die zugehörige Infrastruktur für Wasserstoff und vieles mehr. Die Varianten aus hochwertigem Edelstahl sind somit die ideale Lösung für eine optimale Systemauslegung.
Nr. 5 Know-how von Fluidsystemexperten nutzen
Wasserstoff ist noch ein relativ neuer Bereich der sauberen Energielösungen. Infrastrukturentwickler, Fahrzeughersteller und andere arbeiten in Echtzeit gemeinsam daran, zuverlässige Lösungen zu entwickeln und die Branche weiter voranzubringen.
Aber es ist nicht immer einfach, Antworten auf bestehende Herausforderungen zu finden. Im Zweifel ist es ratsam, Lieferanten mit nachweislicher Expertise zu Wasserstoffsystemen
Im Zweifel sollte ein Lieferant hinzugezogen werden, der Sie mit Expertise zu Wasserstoffsystemen und deren
Auslegung sowie Produktempfehlungen unterstützt.
Das ist nur einer der Gründe, warum saubere Energielösungen einer der Schwerpunktbereiche von Swagelok sind. Neben wichtigen Fluidsystemkomponenten – wie beispielsweise Verschraubungen speziell für Wasserstoffanwendungen – bieten wir auch Expertise in Werkstoffwissenschaften und sachkundige technische Unterstützung. Mit unserem Komplettangebot an Produkten und Services für Wasserstoffanwendungen helfen wir Ihnen dabei, zuverlässige Lösungen schneller und einfacher umzusetzen.
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