Wasserstoff

Energiespeicher Wasserstoff

Die Volatilität der erneuerbaren Energien gilt als eine der größten Schwierigkeiten bei der Umsetzung der Energiewende: Sonne und Wind können nicht nach dem gerade anfallenden Bedarf der Stromkunden reguliert werden. Die Entwicklung von praktikablen und wirtschaftlichen Speichertechnologien ist daher ein entscheidender Faktor für das Gelingen der Energiewende. Labom ist sowohl in der Ausrüstung der Windräder in enger Zusammenarbeit mit führenden Herstellern von Windkraftanlagen als auch in dem Segment der Energiespeicherung messtechnisch zu Hause.

Bei der Speicherung von überschüssiger Energie spielt Wasserstoff eine Schlüsselrolle. Aus überschüssiger Energie aus regenerativen Energiequellen kann via Elektrolyse Wasserstoff hergestellt und so die Energie gespeichert werden. Wasserstoff ist außerdem der Ausgangsstoff für Power2X Prozesse. Doch das Handling des kleinsten existenten Moleküls bringt auch Herausforderungen mit sich: Wasserstoff löst sich in zahlreichen Metallen und ist so klein, dass es Edelstähle durchdringt und zur Versprödung einiger Stahlsorten führt.


Wasserstoffversprödung
Wandern Wasserstoffatome durch Metalle, stören sie das Kristallgitter und somit kommt es bei einigen gängigen Legierungen zur Versprödung des Materials. Die Wahl des passenden Materials ist damit entscheidend.  Allerdings handelt es sich bei wasserstoffbeständigen Edelstählen gerade um solche, die wenig federn und deshalb in der Druckmesstechnik nur bedingt eingesetzt werden können. Eine Lösung kann ein vorgeschalteter Druckmittler sein.


Wasserstoffpermeation durch Edelstahl
Das Wasserstoffmolekül zersetzt sich an der Oberfläche von Metallen in Wasserstoffatome. Diese können durch Metalle diffundieren. Dabei zersetzen sich zunächst die Wasserstoffmoleküle in Atome, wandern durch die Tetra- und Oktaederlücken der Metallgitters und vereinigen sich auf der anderen Seite wieder als Moleküle. Der Gesamtvorgang wird Permeation genannt (siehe Abbildung).


 
Die  Permeationsgeschwindigkeit hängt von Temperatur, Druck und Material ab.


Relevanz für die Druckmesstechnik
Druckmittler haben prozessseitig eine dünne Metallmembran. Der Druck wird über die Membran und eine Füllflüssigkeit, meist Öl, auf den Sensor übertragen. Dringt nun Wasserstoff durch die Membran, so löst sich dieser im Öl. Wird die Sättigung überschritten, so perlt der Wasserstoff bei Druckentlastung aus und führt zu Messfehlern wie Nullpunktverschiebung.


Lösung
Je nach Prozessbedingungen kann ein Druckmittler mit einer Membran aus wasserstoffbeständigem Edelstahl, oder einer vergoldeten Membran verwendet werden. Labom hat ein Tool entwickelt, zur Berechnung der Wasserstoffpermeation und des Lösens von Wasserstoff im Öl des Druckmittlers. Dies dient zur Ermittlung der Standzeit und es kann für jeden Prozess ein maßgeschneidertes, robustes System empfohlen werden. Zugleich können die bewährten Labom-Geräte verwendet werden und so Vorteile wie leichte Bedienbarkeit und EX- und SIL-Qualifikationen genutzt werden.