Für eine klimaneutrale Energieversorgung ist grüner Wasserstoff unverzichtbar. Transport und Zwischenspeicherung von gasförmigem Wasserstoff über weite Strecken erfordern jedoch ein dauerhaft haltbares Pipeline-Netz. Existierende Pipeline-Systeme genügen dieser Anforderung nur bedingt, insbesondere, wenn die Rohrleitungen zur Gasspeicherung mit dynamischen Drücken beaufschlagt werden. Die sogenannte Wasserstoffversprödung führt dabei vor allem im Bereich von Schweißnähten und allgemein bei höherfesten Werkstoffen zu Ermüdungsrissen. Abhilfe könnten mehrlagige, im Verfahren der Innenhochdruck-Umformung (IHU) hergestellte Rohre schaffen, wie vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU im Rahmen von Forschungsarbeiten nachgewiesen. Großer Vorteil des Verfahrens: Umschließende Werkzeuge werden nicht benötigt, die Fertigung ist damit auch für sehr lange Rohrsegmente und in direkter Nähe von Pipeline-Baustellen möglich.
Heutige Transmissionspipelines, also reine Transportröhren, sind aus höherfesten Stählen gefertigt und für Drücke bis zu 30 bar problemlos nutzbar. Dabei treten nur längerfristige (quasistatische) Druckänderungen auf. Nutzt man das Pipeline-Netz allerdings dynamisch, um darin erhebliche Mengen an Wasserstoff zu speichern, liegt die Bandbreite im Betriebsdruck zwischen 30 und 100 bar. Eines solche zyklische Belastung, auch Leitungsatmung genannt, fördert die Ermüdungsrissausbreitung infolge Wasserstoffversprödung insbesondere an den Schweißnähten, aber auch an höherfesten Rohr-Grundwerkstoffen. In der chemischen Industrie oder beispielsweise bei der Förderung von Erdöl mit hohem Schwefelgehalt kommen bereits mehrlagige Rohre zum Einsatz, die in der Regel aus walzplattierten Blechen eingeformt und längsnahtgeschweißt werden. Damit ist dieser Typus von Rohren aufgrund der großen Schweißnahtlängen für den Wasserstoff-Transport ungeeignet.
Der Forschungsansatz des Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU war daher, mehrlagige Rohre speziell für Transport und Speicherung von gasförmigem Wasserstoff herzustellen und dabei die Ressourceneffizienz im Blick zu behalten. Setzt man hochwertige und gegenüber Wasserstoff-Versprödung unempfindliche, dünnwandige Edelstahlrohre ohne jegliche Stützfunktion im Innenlayer und einfach herzustellende, hochfeste, längsnahtgeschweißte Rohre als äußerer Stützlayer ein, lassen sich sehr sichere Rohrleitungssysteme herstellen – kostengünstig und mit reduziertem Materialeinsatz.
Quelle: Ingenieur.de vom 02.11.2022