Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2045 klimaneutral zu werden. Ein wichtiger Schwerpunkt ist dabei die Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe. Die Elektrifizierung der Industrie ist bereits in vollem Gange. Die Anwendungen von Wasserstoff, der als zukünftige Alternative zu Erdgas gilt, befinden sich größtenteils noch in der Entwicklungsphase. In diesem Artikel gehen wir näher auf die Herausforderungen bei der Nutzung von Wasserstoff ein und zeigen, wie ERIKS zur Entwicklung von Produkten und Materialien beiträgt, die in einer Industrie mit Wasserstoffanwendungen eingesetzt werden können.

Wasserstoff ist in der Industrie vielfältig einsetzbar

Die Anwendungen von Wasserstoff finden sich in mehreren Industriesektoren wieder. Zudem muss Wasserstoff, bevor er in diesen Anwendungen genutzt werden kann, zunächst produziert werden. Wir definieren vier Segmente, in denen die Wasserstoffentwicklung zunehmend sichtbar wird: OEMs entwickeln Geräte und Maschinen, mit denen Wasserstoff erzeugt, gelagert oder gefiltert werden kann. Transport – Wasserstoff gilt dort als DIE zukünftige Lösung zur Ablösung fossiler Brennstoffe. HVAC ist ein drittes Segment, in dem die Entwicklung von Heizkesseln, die vollständig mit Wasserstoff betrieben werden, ein wichtiges Ziel ist. Das letzte Segment sind EPC-Projekte, bei denen Anlagen für Kunden mit dem Ziel der Wasserstoffproduktion entwickelt werden.

Welche Herausforderungen bringt Wasserstoff mit sich?

Die Nutzung und Anwendung von Wasserstoff ist für alle relativ neu. Deshalb ist oft nicht genau bekannt, wie Wasserstoff auf (eine Kombination aus) bestimmten Produktionsfaktoren reagiert und ob der Einsatz in einer bestimmten Produktionsumgebung überhaupt möglich ist. Hier liegt direkt die erste Herausforderung: In jedem Sektor bestimmen Normen, welche Anforderungen an ein Gerät oder Bauteil gestellt werden. Sie geben die Richtung für das Endergebnis vor, da Maschinenbauer so sicher sein können, dass sie etwas herstellen, das für eine bestimmte Anwendung geeignet ist. Für Wasserstoff fehlen solche Standards noch. Es wird aber intensiv daran gearbeitet, dies kurzfristig umzusetzen.

Eine weitere große Herausforderung ist die Verfügbarkeit von Wasserstoff. Das Fehlen von Normen, die Unsicherheiten über die Auswirkungen in bestimmten Anwendungen und die derzeit noch sehr kostenintensive Herstellung führen dazu, dass Wasserstoff noch nicht großflächig verfügbar ist.

Eine dritte – eher technische – Herausforderung: Wasserstoff ist das kleinste Molekül, das wir kennen. Zum Beispiel: Das Abdichten eines so kleinen Moleküls gestaltet sich schwierig, da es leicht durch Materialien diffundiert. Eine Norm würde regeln, wie viel Wasserstoff durch ein bestimmtes Material hindurchtreten darf. Wenn Untersuchungen zur Permeabilität zeigen, wie hoch dieser Wert tatsächlich ist, kann gezielt mit bestimmten Materialien gearbeitet werden. Solange solche Normen fehlen, bleibt vieles eine Einschätzung, basierend auf Wissen und Erfahrung.

Permeabilitätstests für Wasserstoff

Der Kesselbau ist ein Sektor, in dem Materialtests besonders wichtig sind. Kessel bestehen oft aus vielen Gummiteilen, die alle so beschaffen sein müssen, dass sie keine oder nur minimale Mengen Wasserstoff durchlassen. Eine der häufigsten Komponenten in Kesseln sind Dichtungen. Bis vor Kurzem war wenig über die Permeabilität von Gummi in Bezug auf Wasserstoff bekannt. Daher hat ERIKS vier wichtige, bereits in kritischen Kesseldichtungen verwendete Materialien auch bezüglich der Permeabilität gegenüber Wasserstoff getestet – mit sehr niedrigen Permeabilitätswerten als Ergebnis.

Mit diesen Daten können Kesselbauer die Permeabilität bei verschiedenen Temperaturen berechnen und nachweisen, dass Dichtungen aus diesen Materialien für entsprechende Anwendungen geeignet sind. Es ist jedoch zu beachten, dass aktuelle Studien überwiegend mit relativ niedrigem Druck (< 30 bar) durchgeführt wurden. Es gibt noch viele weitere Anwendungen mit deutlich höheren Drücken. Wenn wir in solchen Feldern aktiv werden, müssen weitere Studien folgen, um die Auswirkungen auf die Permeabilität zu evaluieren.

Anforderungen für die Materialentwicklung

Permeabilität ist nicht der einzige Faktor bei der Auswahl des richtigen Materials für Wasserstoffanwendungen. Gemeinsam mit großen Branchenakteuren, die sich mit der Energiewende und entsprechender Produktentwicklung beschäftigen, untersuchen wir, welche Materialien benötigt werden und wie sie im Produkt eingesetzt werden. Neben dem Thema Permeation spielen auch Temperatur-, Druck-, chemische und elektrische Isolationsanforderungen eine Rolle. Diese Faktoren bestimmen gemeinsam die Materialzusammensetzung und gewünschte Widerstands- sowie mechanische Eigenschaften. Daraus leiten wir ein Anforderungspaket ab und starten mit Elastomer Research Testing die ersten Rezepturen und Prüfungen. Über mehrere Optimierungsphasen entwickeln wir Materialien, die in Produkten verarbeitet und beim Kunden in Feldtests validiert werden. Nach erfolgreicher Validierung kann dies zu einer ERIKS Compoundspezifikation führen.

ERIKS als Vorreiter bei der Wasserstoffentwicklung

Wir verfolgen eine Nachhaltigkeitsstrategie, um die Industrie zukunftssicher zu machen, und arbeiten an einem Produktportfolio, das für die Umstellung auf Wasserstoff geeignet ist. Bei der Produkt- und Materialentwicklung sind wir führend. In Kombination mit dem Know-how unserer Tochterfirmen, wird daran gearbeitet, Wasserstoffanwendungen europaweit bekannter zu machen. Dafür wurden bereits Projekte in mehreren Ländern gestartet.

Der Mehrwert von ERIKS liegt vor allem in der Ausarbeitung und Entwicklung von Materialien, die für Wasserstoffanwendungen geeignet sind. Bereits in der Entwurfsphase unterstützen wir häufig Maschinen- und Anlagenbauer, um die optimale Materialintegration zu gewährleisten. Um auf unterschiedliche Produktionsumgebungen zu reagieren, in denen Wasserstoff eingesetzt wird, haben wir zum Beispiel bereits eine Reihe von Materialien entwickelt, die entweder schon zum Einsatz kommen oder kurz vor der Markteinführung stehen. Wenn wir unser Ziel erreichen, dass immer mehr ERIKS Compounds in OEM-Designs Einzug halten, kommen wir einer nachhaltigeren Industrie durch Wasserstoffanwendungen einen großen Schritt näher.