Entwicklung von innovativen Werkstoffkonzepten für den Einsatz in Wasserstoff und dessen Verbrennungsprodukten: Feuerfest-materialien, Stähle, Keramiken für Thermoprozessanlagen

Abschlussbericht als PDF

demnächst hier

Übersicht zum Projekt

Im Rahmen der geplanten nationalen Wasserstoffstrategie soll in Deutschland der fossile Energieträger Erdgas durch regenerativen und klimaneutral bereitgestellten Wasserstoff substituiert werden. Der Wechsel des Energieträgers auf grünen Wasserstoff führt zu einer nahezu vollständigen Vermeidung von Treibhausgas-Emissionen. Für die Industrie, insbesondere die Hersteller von Gasgeräten, wie bspw. Gasbrennersysteme, stellt dieser Wandel eine enorme Herausforderung dar. Durch die Umstellung kommt es zu starken Änderungen der charakteristischen und für den technischen Einsatz relevanten Verbrennungseigenschaften des Energieträgers Gas, wie z.B. dem Wobbe-Index, der adiabaten Flammentemperatur, Brenngeschwindigkeit sowie Zündverzugszeit. Innerhalb des Projekts soll der Einfluss der Wasserstoffverbrennung auf die Werkstoffe kritisch thermisch und chemisch beanspruchter Brenner- und Ofenbaukomponenten eingehender untersucht und Lösungsmöglichkeiten in Form innovativer Werkstoffkonzepte für die zunehmende Problematik aufgezeigt werden.

Arbeitsschwerpunkte

Durch das geplante Projekt werden Erkenntnisse über das Langzeitverhalten typischer Brenner- und Ofenbauwerkstoffe unter realitätsnahen Bedingungen für wasserstoffbetriebene Thermo-prozessanlagen für kmU verfügbar. Im Rahmen des Vorhabens werden zunächst typische Randbedingungen beim Einsatz von Wasserstoff als Brenngas experimentell und numerisch ermittelt. Weiterhin werden die Auswirkungen von Wasser­stoff auf grundlegende Festigkeitskennwerte konventioneller Brennerbauwerkstoffe bestimmt. In Langzeitauslagerungsversuchen werden die Werkstoffproben realitätsnahen Atmosphären und Temperaturen einer Wasserstofffeuerung ausge­setzt, bevor sie werkstoffanalytisch untersucht werden. Die Erkenntnisse der numerischen und experimentellen Versuche werden in innovativen Werkstoffkonzepten als Handlungsempfehlung umgesetzt. Die Validierung der gewonnenen Erkenntnisse erfolgt in einem abschließenden Komplexversuch, in den die Ergebnisse aller Teilprojekte des Leittechnologievorhabens TTgoesH2 einfließen.

Kernaussagen und Ergebnisse

• Die Wissensbasis für die Auswirkungen von Wasserstoff auf Hochtemperaturwerkstoffe unter hohen Temperaturen wird erweitert.
• Das Lebensdauerverhalten von konventionellen Brenner- und Ofenbauwerkstoffen wird unter realen Bedingungen einer Wasserstofffeuerung ermittelt.
• Ein innovatives Werkstoffkonzept, welches dem neuen Beanspruchungskollektiv widersteht, wird aus den Erkenntnissen generiert.