Wasserstoff auf der Spur

Bernward Janzing

Von Bernward Janzing

Fr, 12. April 2019

Wirtschaft

Neues Forschungsfeld für Freiburger Fraunhofer-Institut / Gas gilt als Speichermedium für Energie .

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) hat in Freiburg ein Wasserstofflabor eröffnet, das künftig zu den führenden Einrichtungen seiner Art in Europa gehören wird. Hintergrund der Forschungsaktivität ist die zunehmende Bedeutung von Wasserstoff als Energiespeicher im Zuge der Energiewende.

Die Idee, überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien zur Erzeugung von Wasserstoff zu nutzen, wird immer intensiver diskutiert. Das Konzept ist vor allem dann attraktiv, wenn zur Speicherung des Gases die bereits bestehende Infrastruktur des Erdgasnetzes genutzt werden kann, die riesige Kapazitäten bietet. Aber es gibt ein Problem: Wasserstoff kann die Materialien angreifen, aus denen die Leitungen, Verdichterstationen und Gasspeicher bestehen.

Grundsätzlich ist lange bekannt, dass Stahl spröde wird, wenn er mit Wasserstoff in Berührung kommt. Wasserstoffatome – die kleinsten von allen – können in das Gefüge des Metalls eindringen und dort dessen atomare Bindungen schwächen. Risse und Brüchen können die Folge sein. Weil es aber noch unterschiedliche Theorien gibt, wie die Schädigung sich auf atomarer Ebene vollzieht, herrscht hier Forschungsbedarf.

Bislang waren die Wissenslücken aus technischer Sicht unproblematisch. "Es gibt Stahlqualitäten, bei denen ist man sich heute sicher, wie sie reagieren", sagt Wulf Pfeiffer, Wasserstoffexperte am IWM. Mit diesen arbeitet man längst in der chemischen Industrie, wo Wasserstoff vielfältig genutzt wird. Wenn aber eine ganze Infrastruktur wie das riesige Erdgasnetz zunehmend mit Wasserstoff in Kontakt kommen soll, braucht man zusätzliches Wissen. "Von manchen Werkstoffen ist noch wenig bekannt", sagt Pfeiffer. Mitunter seien sogar widersprüchliche Aussagen verbreitet.

Hier soll nun das neue Labor Klarheit schaffen. Die Freiburger Forscher werden darin die Möglichkeit haben, die Auswirkungen des Wasserstoffs auf unterschiedliche Werkstoffe zu untersuchen. Dazu zählen beispielsweise auch die Kunststoffe der Dichtungen. Weil sich viele Materialschädigungen erst über lange Zeiträume beobachten lassen, werden die Wissenschaftler im Labor auch eine beschleunigte Alterung der Materialien simulieren können. Das ist unter hohem Druck möglich, weshalb die Freiburger Forscher mit Wasserstoff unter bis zu 1000 Bar Druck arbeiten können.

Wasserstoff soll dem Erdgas beigemischt werden

So könnten auch Zulieferer im Erdgassektor künftig Auftraggeber des IWM sein, weil sie die Wasserstoffbeständigkeit ihrer Apparaturen sicherstellen müssen. Grundsätzlich gehört es zum Konzept der Fraunhofer-Institute, auch Aufträge aus der Privatwirtschaft zu akquirieren, weil die Einrichtungen durch die staatliche Grundförderung nur zum Teil finanziert werden.

An das Thema Wasserstoff im Erdgasnetz hat Deutschland sich in den letzten Jahren schon herangetastet. Die Beimischung wird in geringem Maße bereits praktiziert, je nach Netzabschnitt sind es bis zu zwei Prozent, mitunter sogar bis nahe zehn Prozent möglich. Nun wollen auch die Ingenieure der Gaswirtschaft mehr ermöglichen: Am Dienstag erst teilte der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfachs, der technische Fachverband der Branche, mit, er erarbeite ein neues Regelwerk, das "eine Zielgröße von etwa 20 Volumenprozent Wasserstoffeinspeisung" anpeilt.

Eine Herausforderung ist noch die Inhomogenität des Gasnetzes. "Wir sind gerade erst an einer Bestandsaufnahme", sagt IWM-Forscher Pfeiffer. Besonders aufwendig sei die Erfassung in Ostdeutschland, wo noch russische Leitungen liegen, die kaum dokumentiert seien. Das Netz wasserstofftauglich zu machen ist auch Ziel des Projektes Hypos-PIMS (Pipeline Integrity Management System) des Berliner Bundesforschungsministeriums.

Zugleich sind auch die Erdgasspeicher ein wichtiger Forschungsgegenstand. Dafür werden große Hohlräume im Gestein genutzt. Nun soll untersucht werden, wie der Wasserstoff die Mikrobiologie der Kavernen verändern kann. Weltweit gebe es bereits erste Erfahrungen mit Wasserstoffspeichern in Salzkavernen, sagt Wissenschaftler Pfeiffer, in Europa gebe es entsprechende Projekte bislang nur in England. Im Herbst wurde nun auch in Deutschland ein solches Forschungsprojekt gestartet. In Zusammenarbeit mit Experten anderer Fachgebiete, etwa aus dem Bergbau, ist auch das Freiburger IWM mit im Boot.