Zielsetzung des Projekts

Es wird erwartet, dass insbesondere Wasserstoff in den kommenden Jahrzehnten im Zuge der Umsetzung von Maßnahmen zur Eindämmung des Klimawandels eine immer größere Rolle im Energiemix spielen wird. Die Tschechische Republik bereitet sich auf einen Wasserstoff-Erdgas-Mix vor, und das heutige Gasfernleitungsnetz kann nach dem Austausch ausgewählter Messeinrichtungen bis zu einem Wasserstoff-Erdgas-Mix von fünf Prozent verarbeiten. Die Betreiber von Ferngasnetzen müssen bereits in diesem Jahr in der Lage sein, an den Grenzübergangspunkten ein Gemisch aus Wasserstoff und Erdgas von bis zu zwei Prozent zu akzeptieren.

Da unterirdische Gasspeicher in erster Linie für die Speicherung von Erdgas mit einem geringen oder gar keinem Wasserstoffanteil konzipiert und gebaut wurden, müssen mehrere technische Probleme, die durch eine Erdgas-Wasserstoff-Mischung entstehen könnten, analysiert werden. Eines dieser Probleme ist die Beständigkeit der vorhandenen Materialien gegenüber einem langfristigen Kontakt mit Wasserstoff oder Wasserstoffgemischen.

MND Energy Storage, a. s. (MND ES) ist 2022 in das Projekt zur Materialprüfung eingestiegen. Neben MND ist auch RWE Gas Storage (RWE GS) an dem Projekt beteiligt, und der wissenschaftliche Teil wird vom Institut für Theoretische und Angewandte Mechanik der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik (Institut für Theoretische und Angewandte Mechanik der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik) und der Universität für Chemische Technologie in Prag (VŠCHT) bereitgestellt. Das Gesamtbudget des Projekts beträgt 3,5 Mio. CZK, und es soll Ende dieses Jahres abgeschlossen werden. Es ist möglich, dass weitere Projekte ähnlicher Art nicht notwendig sein werden, um die negativen Auswirkungen von Wasserstoff auf Stahlwerkstoffe zu beseitigen.

Fortschritte des Projekts

Vor Beginn dieses Projekts war es notwendig, eine Bestandsaufnahme aller Rohrmaterialien, Apparate und Sondengarnituren unter Angabe der Stahlsorte gemäß den Werkstoffzulassungen zu erstellen, d.h. aller Stahlteile der Speichertechnik, die in Zukunft mit Wasserstoff in Berührung kommen können. Die Bestandsaufnahme der Materialien dauerte mit Unterbrechungen etwa ein Jahr.

Der Auftrag für die VŠCHT gliederte sich in vier Teile:

1. Durchführung einer detaillierten Literaturrecherche über Wasserstoff, Sammlung von Informationen über Gasspeicherwerkstoffe und Durchführung erster Laborexperimente.
2. In diesem Teil sollten Lösungen analysiert werden, die mit Stahloberflächen in Berührung kommen können, die Wasserstoffpermeationseigenschaften gemessen und die Auswirkungen von Wasserstoff auf die mechanischen Eigenschaften ausgewählter Stahlsorten untersucht werden. Hauptziel dieses Teils war es, die Informationen zu erhalten, die für die Planung von Langzeitexpositionen in der Partnereinrichtung des Instituts für technische und wissenschaftliche Forschung der CAS im Hinblick auf die Materialauswahl und die Bedingungen benötigt werden.
3. Systematische Auswertung ausgewählter Schlüsselparameter des Wasserstoffeintritts in Stahl, wie z.B. die Auswirkung von Zeit und Temperatur auf den Wasserstoffeintrag in das Modellgrubenwasser.
4. Erstellung von Abschlussberichten über die verschiedenen Phasen der Forschung.

Die Aufgaben wurden dann dem ISTAM CAS zugewiesen, das in fünf Teile unterteilt war:

1. Konzeption von Autoklaven für Langzeitexpositionen, Belastungsvorrichtungen und Verfahren.
2. experimentelle Untersuchung der mechanischen und bruchmechanischen Eigenschaften ausgewählter Stahlwerkstoffe
3. Durchführung von Langzeitexpositionen in Autoklaven (ein halbes Jahr, ein Jahr)
4. Experimentelle Untersuchungen zu mechanischen und bruchmechanischen Eigenschaften ausgewählter Stahlwerkstoffe für die Gasspeichertechnik
5. Vergleich der Ergebnisse und Erstellung von Abschlussberichten

Auf der Grundlage der von der Universität für Wissenschaft und Technik durchgeführten Bewertung unserer Stähle und ihrer Eigenschaften, mit der Bestimmung der anfälligsten Stahlsorte für das Eindringen von Wasserstoff in das Stahlgefüge, haben wir eine martensitische Stahlsorte mit der Bezeichnung 12022.1 zur Verfügung gestellt. Dieser Stahl wird in unserem Speichertank auf einer Gesamtlänge von 430 Metern verwendet. Der Stahl wurde für Labortests verwendet, um den Wasserstoffeintritt in den Stahl beim Eintauchen in Grubenwasser aus der Uhřice-ZP-Technologie zu bestimmen. Das Grubenwasser wurde aus den Sonden Uh 74, 75 und dem Eingangsabscheider V 120 entnommen. Die Ergebnisse der VCHT zeigten, dass unser Grubenwasser den Wasserstoffeintrag in den Stahl erhöhte und empfahlen, diese Flüssigkeit auch im Autoklaven für die Langzeitexposition im Institut für Technische Wissenschaften zu verwenden.

Die experimentellen Tests umfassten a) statische Zugversuche, b) Kerbschlagzähigkeitstests, c) Tests zur Kinetik des Ermüdungsrisswachstums und d) Bruchzähigkeitstests. Für die Exposition wurde eine feuchte Umgebung gewählt (unser oben erwähntes Grubenwasser wurde verwendet), ein Wasserstoffdruck von 50 bar und eine Expositionsdauer von einem Jahr. Wir planen, unsere Proben im Juli dieses Jahres aus dem Autoklaven zu holen.

Ergebnisse des Projekts

Wir kennen nun die Ergebnisse der experimentellen Untersuchung der mechanischen und bruchmechanischen Eigenschaften von drei ausgewählten, von RWE GS gelieferten Stahlwerkstoffen. Die Referenzversuche wurden an Luft durchgeführt, wobei die Ergebnisse mit denen von Proben verglichen wurden, die über einen längeren Zeitraum (ein halbes Jahr) in komprimiertem Wasserstoff gelagert wurden, während die Testkörper in von RWE GS geliefertem Grubenwasser eingetaucht waren. Die Ergebnisse waren zufriedenstellend, und man kam zu dem Schluss, dass der Wasserstoff auch nach einem halben Jahr keine nennenswerten Auswirkungen auf diese Stähle hatte und keine Verschlechterung ihrer Eigenschaften eintrat. Die gleichen Stahlproben wurden in einem anderen Autoklaven getestet (ein Jahr lang) und im April dieses Jahres entnommen. Derzeit laufen experimentelle Tests und die Ergebnisse werden in Kürze vorgestellt.

für die Energiespeicherung

Eduard Matula und Pavel Marek