TransHyDE-Projekt: Sichere Infrastruktur, Teilvorhaben Werkstoffprüfung und -modellierung zur Auslegung sicherer Bauteile in Wasserstoff-Transportsystemen, Sachbericht zum Verwendungsnachweis Teil II: Langfassung

Abstract

Die Auslegung von Bauteilen und Komponenten für industrielle Anwendungen erfolgt in der Regel nach anwendungsspezifischen Richtlinien. Beispiele sind das deutsche AD2000-Merkblatt für Druckbehälter, die europäische EIGA 100/03/E für Druckbehälter, das deutsche DVGW-Merkblatt G409-M-2020 für Rohre und Pipelines, die europäische Druckbehälternorm EN 13445. Alle dieser Richtlinien enthalten Hinweise, dass Bauteile für Wasserstoffanwendungen besondere Anforderungen hinsichtlich Werkstoffwahl und/oder Wandstärke erfüllen müssen. Sie geben jedoch dem Konstrukteur wenige bis keine Anweisungen, wie diese besonderen Anforderungen erreicht werden können, um ein Bauteil kosteneffizient und anwendungssicher zu konstruieren. In der EN 1594-2020 wird auf die amerikanische ASTM B31.12 verwiesen. Darin sind erste Ansätze zu einer wasserstoffgerechten Auslegung zu finden. Dies führt zu teuren und schweren Konstruktionen, mit denen eine Wasserstoffwirtschaft nicht zufriedenstellend aufgebaut und betrieben werden kann. Anhand von zwei Beispielen (use cases), die zwei unterschiedliche Einsatzbereiche in der H2-Wertschöpfungskette repräsentieren, wird eine Vorgehensweise erarbeitet, die Wasserstofftauglichkeit ("H2 Readiness") von Bauteilen und Komponenten zu bewerten und Maßnahmen abzuleiten, diese für einen Einsatz unter reinem Wasserstoff zu befähigen. Die gewählten Beispiele (Pipelines und Kraftwerkskomponenten) sind repräsentativ für einen Großteil der in der H2- Infrastruktur eingesetzten Komponenten. Die Arbeiten des Fraunhofer IWM sind in folgende Arbeitspakete unterteilt: AP2 Bauteilauslegung und –simulation für dauerhaften Anlagenbetrieb AP3 Materialdaten und –modelle zum Bau und Betrieb sicherer H2-Transportsysteme AP5.1 Werkstoffprüfung (expt.) für zuverlässige Bauteile AP5.2 Werkstoffmodellierung (theo.) für zuverlässige Bauteile AP6 Charakterisierung und Optimierung von insbesondere Stählen im Kontakt mit H2