Wasserstoffeffekte in Werkstoffen

• Förderung der Forschung im Bereich wasserstoffverträglicher Materialien
• Vernetzung von Experten aus unterschiedlichen Branchen
• Optimierung der wasserstoffspezifischen Werkstoffprüfung und Wasserstoffanalyse
• Aktive Mitgestaltung einer großindustriellen Wasserstoffwirtschaft

Wegweisende Aktivitäten

Wasserstoff wird kurz- und mittelfristig in großen Mengen benötigt, um als klimaneutraler Energieträger zu einer signifikanten Reduzierung von CO2-Emissionen beizutragen. Dies steht im Widerspruch zu der Erkenntnis, dass insbesondere hochfeste Stähle durch Wasserstoffversprödung geschädigt werden und spontan versagen können. Spätestens mit der Verabschiedung der „nationalen Wasserstoffstrategie“ im Juni 2020 hat die Bundesregierung Wasserstoff in den Fokus der Aufmerksamkeit gerückt – und gleichzeitig viele Bereiche der Technik vor die Grundsatzfrage der Umsetzbarkeit gestellt, da das latente Risiko der Wasserstoffversprödung über allen Anwendungen schwebt. Angefangen bei der Wasserstofferzeugung, beispielsweise in Elektrolyseuren, über den Transport in Pipelines sowie der Speicherung in Hochdrucktanks oder Kavernen bis hin zur Verbrennung in Motoren oder Turbinen, müssen sich zahlreiche Industriezweige und Firmen damit befassen, ob die Bauteile und Werkstoffe verträglich mit Wasserstoff sind. Aus dieser Notwendigkeit ist eine Vielzahl an verschiedenen Forschungsaktivitäten erwachsen, wobei es aufgrund der Dringlichkeit oft zu Doppelungen kommt. Hieraus ergeben sich nicht nur erhöhte Kosten, es droht auch eine Verzögerung in der großtechnischen Umsetzung der Wasserstoffwirtschaft und damit die Verfehlung der Klimaziele. Ein Zusammenschluss verschiedener Forschungsstellen und Industriefirmen, die im Bereich der wasserstoffspezifischen Werkstoffforschung tätig sind, bietet somit eine große Chance, die Aktivitäten zu fokussieren und damit die zukunftsweisende Wasserstofftechnik zu lenken.

Wissen bündeln, Prüfungen und Analysen optimieren

Das Risiko der Wasserstoffversprödung ist bereits seit den 1950er Jahren Gegenstand der Forschung. Getrieben vom Leichtbau im Automobilsektor wurden immer höhere Werkstofffestigkeiten erreicht, wodurch die Empfindlichkeit für Wasserstoffversprödung zunahm. Aus diesem Forschungszweig sind die grundlegenden Mechanismen der Wasserstoffversprödung bekannt. Zahlreiche dokumentierte Schäden gingen auf kathodische Spannungsrisskorrosion durch Kontakt mit wässrigen Elektrolyten zurück. Im Zuge der Implementierung von Wasserstoff als Energieträger liegen in der Regel jedoch gasförmige Atmosphären vor, häufig in Verbindung mit sehr hohen Drücken und erhöhter Temperatur. Aus diesem Grund ist in kurzer Zeit die Nachfrage nach Werkstoffuntersuchungen in Druckwasserstoff enorm gestiegen. Auch die Anforderungen an die Wasserstoffanalytik werden immer höher, sowohl in Bezug auf Nachweisgrenzen als auch auf die ortsspezifische Auflösung bis auf die Ebene einzelner Gefügephasen.

Da weder das Normungswesen noch die Hersteller von Prüfapparaturen mit der exponentiell steigenden Nachfrage mithalten können, ergeben sich z.T. divergierende Vorgehensweisen bei der wasserstoffspezifischen Werkstoffprüfung sowie der Wasserstoffanalytik, was im Extremfall zur Ermittlung falscher Materialkennwerte führen kann.

Im Fachausschuss „Wasserstoffeffekte in Werkstoffen“ und den angeschlossenen Arbeitskreisen werden daher einheitliche Strategien bei der Durchführung derartiger Prüfungen und Analysen erarbeitet und verifiziert. Darüber hinaus dient der Fachausschuss der Bündelung von vorhandenem Wissen, der Vernetzung der Industrie-, Hochschul- und Universitätsvertreter sowie der Schaffung neuer Kooperationen. Hierdurch wird die essenziell wichtige Forschung im Bereich wasserstoffverträglicher Werkstoffe beschleunigt und die großtechnische Wasserstoffwirtschaft aktiv mitgestaltet.