BAM-Studie identifiziert geeignete Kunststoffe für die Wasserstoffwirtschaft

Risiko bei schneller Gasdekompression

Wasserstoff wird außerdem unter extremem Druck von bis zu 1000 bar gespeichert. Materialien für Dichtungen, Schläuche und Leitungen müssen daher hohen Sicherheitsanforderungen genügen, um Leckagen von vornherein auszuschließen. Nach ersten Untersuchungen zeigten sich hier auch Elastomere anfällig.

Ein besonderes Risiko stellt das Phänomen der sogenannten schnellen Gasdekompression dar. Es tritt auf, wenn es zu einem plötzlichen Druckabfall kommt, etwa wenn Wasserstoff beim Betanken aus einem Hochdruckspeicher in eine Leitung gepumpt wird. Wenn Wasserstoffmoleküle dabei in Elastomer-Dichtungen eindringen, sammeln sich diese in Hohlräumen. Dies führt zu Quellungen des Materials. Diese wiederum können zu Mikrodefekten und Rissen im Kunststoff führen. Das Material verliert schließlich seine abdichtende Funktion. Es kann zu einem gefährlichen Austritt von Wasserstoff kommen.

Test modifizierter Elastomere

Um die unerwünschten Effekte der Gasdekompression zu vermeiden, hat die Industrie synthetische Elastomere in der Materialstruktur bzw. -zusammensetzung modifiziert. Im internationalen Gemeinschaftsprojekt „Polymer4Hydrogen“ hat Géraldine Theiler von der BAM mehrere dieser neuen Werkstoffe auf ihre Beständigkeit geprüft. Dazu wurden diese in Hochdruck-Autoklaven Wasserstoff bei bis zu 1000 bar ausgesetzt und unter wechselnden Belastungen getestet.

Anschließend wurden die Materialproben umfangreichen Dichte- und Härtemessungen, mechanischen Analysen, Zugversuchen und Verschleißtests unterzogen. Auch In-situ-Messungen in Wasserstoff wurden durchgeführt, um den Einfluss von Wasserstoffdruck auf das Reibverhalten verschiedener Elastomer-Werkstoffe zu bestimmen.

„Im Ergebnis zeigte sich, dass Weichmacher die Wirkung der schnellen Gasdekompression sogar verstärken“, erklärt Géraldine Theiler. „Die beste Performance erzielte ein mit Rußpartikeln, auch bekannt als Carbon Black, verstärkter Kautschuk.“

Dieses Material wurde daher für die weitere Materialentwicklung ausgewählt. Ziel ist es, auf dieser Basis ein Hochleistungs-Elastomer zu entwickeln, der allen Herausforderungen einer künftigen Wasserstoffwirtschaft gewachsen ist.

(Quelle: BAM/2024)

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