Entwarnung: Wenn man Wasserstoff in das bestehende Gasnetz einspeist, greift dies die Leitungen weniger an als befürchtet, wie nun Tests ergaben haben. Demnach zeigen die für Leitungen und Industrieanlagen gängigen Metalle selbst unter Belastung keine Anzeichen für eine erhöhte Wasserstoffversprödung. Eine Beimischung von Wasserstoff zum Erdgas oder auch die Nutzung der Gasleitungen für den Wasserstofftransport ist demnach machbar, so die Forscher.
Wasserstoff gilt als wichtige Säule der künftigen Energieversorgung. Er kann über die Elektrolyse als Energiespeicher für überschüssigen Solar- oder Windstrom dienen. Wird später wieder Strom gebraucht, kann der Wasserstoff über Brennstoffzellen wieder verstromt werden. Wasserstoff kann aber auch direkt zum Heizen, in Industrieprozessen oder für chemische Reaktionen verwendet werden. Das jedoch setzt voraus, dass das Gas an den Einsatzort transportiert werden kann.
Das Problem der Versprödung
Als Verteilernetz der Wahl gilt dabei schon länger das bestehende Erdgasnetz: Die Leitungen dafür existieren in den meisten Städten und vielen Industrieanlagen. Auch erste Technologien zur einfachen Auftrennung der beiden Gase am Zielort wurden schon entwickelt. Das Problem jedoch: Wenn Wasserstoff in das Metall diffundiert, kann dies zur Korrosion und zur Versprödung des Materials führen. Dabei lagert atomarer Wasserstoff im Strukturgitter des Materials ein und reagiert an Störstellen zu molekularem Wasserstoff.
Diese Einlagerung von H2 führt zu inneren Spannungen im Gitter und zu einer Druckerhöhung, durch die sich Mikrorisse im Material bilden können. Besonders anfällig sind Metalle gegenüber einer solchen Versprödung, wenn sie unter mechanischer Druck- oder Zugbelastung verformt werden, wenn bestimmte Chemikalien wie Schwefelwasserstoff anwendend sind und bei erhöhter Temperatur. Im deutschen Erdgasnetz ist daher bislang nur eine Beimischung von maximal zehn Prozent Wasserstoff zulässig.
Entwarnung für gängige Werkstoffe
Wie groß die Korrosionsgefahr ist und wie sich Wasserstoff auf das Material gängiger Industrieanlagen auswirkt, haben nun Forscher um Martin Bonnet von der Technischen Hochschule Köln näher untersucht. Dafür setzten sie neun typische Werkstoffe, darunter Baustähle und Kupfer, Gasgemischen mit Wasserstoffgehalten zwischen Null und 100 Prozent aus. Um das Verhalten der Materialien auch unter Belastung zu testen, wurden alle Werkstoffe zudem über einen Tag hinweg konstant Zugkräften und damit einer Dehnung ausgesetzt.
Das Ergebnis: „Wir konnten bei den verwendeten Werkstoffen keine Wasserstoffversprödung feststellen“, berichtet Bonnet. „Für Baustähle, die bei Rohrleitungen und Armaturen unter H2-Druck verwendet werden, ist das Erdgas-Wasserstoff-Gemisch unkritisch. Eine Umrüstung auf Wasserstoff-Beimischung ist daher ohne negative Effekte für metallischen Werkstoffe möglich.“ Ein Transport von Wasserstoff über bestehende Leitungen sollte daher in den meisten Fällen unbedenklich sein.
Zusätzlich hat das Team untersucht, wie stark Wasserstoff die Metalle angreift, wenn das System auf bis zu 920 Grad erhitzt wird. Das Ergebnis hier: „Bei erhöhten Temperaturen steigt die Diffusionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs im Metallgitter, sodass der Wasserstoff angeregt wird, aus dem Metallgitter zu diffundieren“, berichtet Bonnet.
Quelle: Technische Hochschule Köln
