Die zentrale Rolle der Dichtungstechnik in der Wasserstoffwirtschaft 

Neben diesen Schlüsseltechnologien spielen aber auch hochentwickelte Dichtungssysteme eine entscheidende Rolle: Ohne sie sind Transport, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff nicht realisierbar. Die besondere physikalische Beschaffenheit des klimaschonenden Energieträgers stellt allerdings extreme Anforderungen an Materialien und Konstruktionen, die herkömmliche Dichtungen nicht erfüllen können. Dies ist nur mit Neuentwicklungen, technischer Expertise und Höchstleistung im Grenzbereich möglich.

Herausforderungen durch die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff 

Aufgrund der geringen Molekülgröße von Wasserstoff mit einem Durchmesser von etwa 120 pm (1,2 × 10⁻¹⁰ m) neigt das Gas dazu, durch viele Materialien zu diffundieren. Diese hohe Permeabilität kann nicht nur zu Leckagen führen, sondern auch zu einer schleichenden Beeinträchtigung der Effizienz im Gesamtsystem. Besonders bei hohen Drücken von bis zu 700 bar in mobilen oder 1000 bar in stationären Speichern wird die Abdichtung zu einer technologischen Herausforderung. 

Ein weiteres Problem ist die sogenannte Wasserstoffversprödung. Dabei diffundiert Wasserstoff in metallische und polymere Werkstoffe und verändert deren Mikrostruktur, was  zu mechanischem Versagen führen kann. Besonders in Hochdruckanwendungen wie Kompressoren, Speichern und Betankungssystemen sind innovative Dichtungstechnologien erforderlich, um diesen Herausforderungen zu begegnen. 

Hochleistungselastomere für Wasserstoffanwendungen 

Zuverlässige Grenzschichten zwischen Bipolar-Platten bei Elektrolyseuren sind entscheidend für Zuverlässigkeit und Sicherheit der Technologie (© Freudenberg Sealing Technologies)

Freudenberg Sealing Technologies hat speziell für Wasserstoffanwendungen entwickelte Hochleistungselastomere im Portfolio, die durch eine extrem niedrige Permeabilität und hohe Beständigkeit gegen Druckwechselbelastungen überzeugen. Intensive Forschungsarbeit hat zur Entwicklung neuer Elastomerformulierungen geführt, die eine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegenüber explosiver Dekompression (Rapid Gas Decompression, RGD) aufweisen. Dieser Effekt tritt auf, wenn Wasserstoff unter Hochdruck in eine Dichtung eindringt und sich bei einem plötzlichen Druckabfall explosionsartig ausdehnt, wodurch Mikrorisse entstehen. Durch die optimierte Polymerstruktur der von Freudenberg Sealing Technologies entwickelten Dichtungsmaterialien wird dieser Effekt signifikant minimiert.  

Die Temperaturbereiche, in denen Dichtungsmaterialien für Wasserstoffanwendungen eingesetzt werden, variieren stark je nach spezifischem Einsatzgebiet. Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (HT-PEMFC) arbeiten in einem Bereich zwischen 120 °C und 200 °C, während Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (MCFC) Temperaturen von 580 °C bis 675 °C erreichen. Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) stellen mit Betriebstemperaturen zwischen 650 °C und 900 °C den Extremfall dar. Je nach Anwendungsfall müssen die eingesetzten Dichtungsmaterialien also unterschiedlichen thermischen Bedingungen standhalten.  

In Hochtemperatur-Brennstoffzellen kommen dabei speziell entwickelte Dichtungen aus Fluorkautschuk (FKM) zum Einsatz, wie zum Beispiel der 60 FC-FKM 200 von Freudenberg Sealing Technologies. Für kryogene Anwendungen, bei denen flüssiger Wasserstoff bei Temperaturen nahe seines Siedepunkts von -253 °C gespeichert wird, sind andere Werkstoffe erforderlich, die extrem niedrige Temperaturen ohne Versprödung oder mechanische Beeinträchtigungen überstehen.  

Freudenberg Sealing Technologies bietet hierfür PTFE-basierte Dichtungsmaterialien an, die aufgrund ihrer außergewöhnlichen Reinheit und thermischen Stabilität bevorzugt in der Prozessindustrie verwendet werden. Die Wahl des optimalen Dichtungsmaterials hängt von den spezifischen Betriebsbedingungen ab, insbesondere von den vorherrschenden Temperaturen, Drücken und chemischen Einflüssen. 

Optimierte Dichtungsgeometrie für maximale Sicherheit 

Speziell auf den Anwendungsfall zugeschnittene Dichtungsgeometrien gehören seit jeher zur Entwicklungskompetenz von Freudenberg Sealing Technologies (© Freudenberg Sealing Technologies)

Neben der Materialentwicklung ist auch die konstruktive Optimierung der Dichtungsprofile entscheidend. Spezielle Designs gewährleisten eine verbesserte Kontaktfläche, um eine maximale Abdichtung bei minimalem Verschleiß zu ermöglichen. Diese Technologie kommt insbesondere in Hochdruckkompressoren zum Einsatz, die für die Verdichtung von Wasserstoff in Speicher- und Transportanwendungen essenziell sind. 

Ein entscheidender Faktor hierbei ist die Reduktion der Permeabilität. Konventionelle Dichtungssysteme zeigen in diesen Anwendungen häufig frühzeitige Ermüdungserscheinungen, die zu erhöhtem Wartungsaufwand und Systemausfällen führen können. Die Lösungen von Freudenberg Sealing Technologies reduzieren durch den gezielten Einsatz optimierter Dichtungsgeometrien Stillstandszeiten signifikant und steigern die Effizienz im Betrieb. 

Dichtungstechnologien für Elektrolyseure 

Elektrolyseure sind eine weitere Schlüsseltechnologie für die Produktion von grünem Wasserstoff. Die extremen Betriebsbedingungen über lange Betriebszeiten erfordern ebenfalls neu entwickelte Dichtungskonzepte. 

Freudenberg Sealing Technologies entwickelt für diesen Bereich Hochleistungselastomere, die eine herausragende Beständigkeit gegenüber den in Elektrolyseuren auftretenden Bedingungen aufweisen. Insbesondere bei der alkalischen Elektrolyse kommen Materialien zum Einsatz, die den Kontakt mit hochkonzentrierten Kaliumhydroxidlösungen über Jahrzehnte hinweg ohne signifikante Materialdegradation überstehen können. Langzeittests zeigen eine Standzeit von über 80.000 Betriebsstunden, ohne dass signifikante Veränderungen der mechanischen Eigenschaften festgestellt wurden. 

Eine weitere Herausforderung stellt die Protonenaustauschmembran (PEM)-Elektrolyse dar. Hier müssen Dichtungen nicht nur sehr dünn sein, sondern auch einem pH-Wert von unter 1 widerstehen. Die von Freudenberg Sealing Technologies entwickelten Dichtungslösungen zeichnen sich durch eine um 30 Prozent höhere chemische Stabilität im Vergleich zu konventionellen Materialien aus und ermöglichen dadurch eine längere Standzeit und Wartungsfreiheit der Elektrolyseure. 

Zukunftsperspektiven und kontinuierliche Weiterentwicklung 

Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Dichtungstechnik ist entscheidend für die Skalierung der Wasserstoffwirtschaft. Freudenberg Sealing Technologies investiert gezielt in Forschung und Entwicklung, um neue Materialien und Prüftechnologien zu entwickeln, die den steigenden Anforderungen gerecht werden. In eigenen Testeinrichtungen werden Dichtungskomponenten unter realitätsnahen Bedingungen getestet, um deren Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit zu optimieren. 

Moderne Prüfmethoden umfassen Wasserstoff-Permeationsmessungen bei bis zu 1000 bar sowie Materialanalysen unter hochdynamischen Temperaturzyklen. Die hier gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die Entwicklung neuer Produktgenerationen ein und ermöglichen es, die Betriebssicherheit von Wasserstoffanlagen nachhaltig zu verbessern. Besonders der Einsatz digitaler Simulationstechnologien hat dazu geführt, dass neue Dichtungsmaterialien bereits vor der physischen Erprobung auf molekularer Ebene optimiert werden können. 

Fazit

Der Ausbau der Wasserstoffwirtschaft erfordert nicht nur leistungsfähige Elektrolyse- und Brennstoffzellentechnologien, sondern auch die konsequente Optimierung aller zugehörigen Komponenten. Dichtungssysteme sind hierbei eine unverzichtbare Schlüsseltechnologie, die über die Effizienz und Sicherheit der gesamten Wertschöpfungskette entscheidet. Freudenberg Sealing Technologies entwickelt hochspezialisierte Lösungen, die die Herausforderungen der Wasserstoffwirtschaft meistern und zur sicheren und nachhaltigen Nutzung dieses Energieträgers beitragen. Mit innovativen Dichtungsmaterialien und fortschrittlichen Prüfverfahren leistet das Unternehmen einen entscheidenden Beitrag zur erfolgreichen Implementierung von Wasserstoff als klimaneutralem Energieträger der Zukunft. 

(Quelle: Freudenberg Sealing Technologies/2025)