H2Mare-Projekt H2Wind - Sichere Auslegung von Röhrenspeichern für Eigenversorgung und Flautenmanagement für die autarke Offshore-H2-Elektrolyse; Teilprojekt Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH

Abstract

Ziel es Vorhabens war, die Eignung von Standardleitungsrohren aus Stahl für Wasserstoff-Röhrenspeicher zu untersuchen. Nach den Ergebnissen können Wasserstoff-Röhrenspeicher aus längsnahtgeschweißten Stahlrohren nach Stand der Technik realisiert und sicher ausgelegt werden.

Die systematische Betrachtung unterschiedlicher Auslegungsmethoden wurde gestützt durch Versuchsserien im Labor zur Ermittlung der Materialeigenschaften in Druckwasserstoffatmosphäre und eine Bauteilversuchsreihe an Demonstrator-Röhrenspeichern unter zyklischem Innendruck im Medium Wasserstoff.

Für die festigkeitsbasierte Auslegung von Speichern wurde die bruchmechanische Lebensdaueranalyse als konservative Methode gegenüber Ermüdungskonzepten ausgewählt. Die Bauteilversuche an Demonstrator-Röhrenspeichern wurden an Rohren mit künstlich eingebrachten Innenfehlern durchgeführt. Ebene rissähnliche Kerben wurden an kritischen Positionen in der Rohrinnenwand (Rundschweißnaht und Grundwerkstoff) eingebracht. Die Bauteilversuche unter hoher Beanspruchung (Maximaldrücke bis 165 bar, 3.000 Druckzyklen) bestätigten die Konservativität der bruchmechanischen Lebensdauermodelle.

Das Untersuchungsprogramm am typischen Rohrwerkstoff bestätigte die grundsätzliche Eignung der Stähle für Druckwasserstoffanwendungen. Schweißparameter für Rohrverbindungsschweißnähte wurden festgelegt und in einer Schweißverfahrensprüfung sowie in den Bauteilversuchen unter zyklischem Druckwasserstoff verifiziert. Zwei im Leitungsrohrbereich übliche Flow-Coat Innenbeschichtungen wurden hinsichtlich ihrer Wasserstoffeignung im Labor und im Demonstrator-Versuch getestet. Die beiden verwendeten Innenbeschichtungen zeigten sowohl nach Wasserstoff-Vorbeladung an Laborproben, als auch nach dem Belastungsprogramm im Bauteilversuch (Maximaldrücke bis 165 bar, 5.200 Druckzyklen), keine Beeinträchtigung hinsichtlich Haftung oder Blasenbildung, sie können als geeignet für Wasserstoffanwendungen bezeichnet werden.