Wie Greene Tweed Ihnen helfen kann, die Kraft des Wasserstoffs zu erschließen
Dies ist der zweite Artikel in einer Serie über Wasserstoff und seine Herausforderungen. Teil 1 lesen
Es ist kaum verwunderlich, dass Wasserstoff die Aufmerksamkeit aller auf sich zieht, von Umweltschützern über Regierungen bis hin zu Vorstandsetagen in aller Welt. Er ist ein sehr wichtiges Teil des "Net Zero"-Puzzles und die Investitionen in die Wasserstoffproduktion werden Milliarden von Dollar übersteigen.1
Doch die meisten Geräte und Verfahren, die für die Herstellung, die Lagerung und den Transport von Wasserstoff benötigt werden, sind noch nicht bereit, mit ihm zu arbeiten. Einige der größten Herausforderungen, die das kleinste und leichteste Molekül der Menschheit mit sich bringt, sind:
- Die hohe Permeabilität von Wasserstoff kann zu Dichtungsproblemen und Metallversprödung führen.
- Die geringe Schmierfähigkeit von Wasserstoff kann zu Verschleiß- und Reibungsproblemen führen.
- Verunreinigungen im Wasserstoff können zur Verschmutzung von Brennstoffzellen führen.
- Die für die Verdichtung von Wasserstoff mit Zentrifugalkompressoren erforderliche hohe Geschwindigkeit der Laufradspitzen ist mit Metall kaum zu erreichen.
Startklar für Wasserstoff
Wir bei Greene Tweed stellen seit Jahren Hochleistungselastomere, Thermoplaste, Verbundwerkstoffe und technische Komponenten her, die den rauen industriellen Bedingungen standhalten. Wir verfügen über eine breite Palette von Materiallösungen, mit denen sich die Herausforderungen der Wasserstoffwirtschaft meistern lassen. Hier sind die drei wichtigsten Ausrüstungsgegenstände in der Wasserstoffversorgungskette, die von unseren Materiallösungen immens profitieren können:
Ventile
Ventile sind sicherheitskritische Komponenten bei der Herstellung oder Handhabung gefährlicher Flüssigkeiten. Und Wasserstoff stellt einige besondere Herausforderungen dar. Er ist ein extrem leichtes Gas mit geringer Dichte. Das bedeutet, dass es jede Art von Polymer oder Metall durchdringen und Leckagen verursachen kann. "Permeation ist ein großes Problem bei Wasserstoff, und deshalb ist es wichtig, Produkte aus Materialien mit minimaler Permeabilität zu wählen, um Leckagen zu reduzieren. So kann beispielsweise die Vernetzung eines Materials wie PEEK dazu beitragen, den Diffusionskoeffizienten zu senken und die Leistung in einer Wasserstoffumgebung durch Verringerung der Permeation zu verbessern", sagt Kerry Drake, Technology Manager bei Greene Tweed. Arlon® 3000XT vernetztes PEEK kann daher eine hervorragende Lösung für Ventilsitze im Wasserstoffbetrieb sein. Die geringe Schmierfähigkeit von Wasserstoffmolekülen kann zu Verschleiß- und Reibungsproblemen bei Ventilsitzen führen. Für diese ungeschmierten Umgebungen bietet Greene Tweed WR® 600, einen PFA-Verbundwerkstoff mit einzigartigen Trockenlaufeigenschaften, und Arlon® 3000XT, das einzige vernetzte PEEK auf dem Markt.
In Verbindung mit hohem Druck kann die Wasserstoffpermeation zu Problemen mit der schnellen Gasdekompression (Rapid Gas Decompression, RGD) führen. Greene Tweed empfiehlt für extreme Temperaturen und Drücke RGD-resistente Fusion®938 O-Ringe oder MSE® federunterstützte Lippendichtungen. Permeationsprobleme können auch bei niedrigen Temperaturen auftreten, und Fusion®665 O-Ringe sind am besten geeignet, um solche Probleme zu lösen.
Kompressoren
Kompressoren sind für die sichere und kostengünstige Speicherung und Beförderung von Wasserstoff von entscheidender Bedeutung. "Kompressoren sind eine der wichtigsten Anlagen für den Transport der zunehmenden Wasserstoffmenge, die benötigt wird, um den erwarteten Anstieg der Wasserstoffnachfrage zu decken", sagt Allienne. Die Entwicklung neuer Kompressoren oder die Nachrüstung bestehender Kompressoren für den Wasserstofftransport stellen jedoch oft technische Herausforderungen dar, die bei anderen Gasen nicht üblich sind, fügt er hinzu.
Für alle Arten von Wasserstoffkompressoren empfehlen die Ingenieure von Greene Tweed Fusion® 938 O-Ringe für RGD-Beständigkeit und Fusion® 665 O-Ringe für Tieftemperaturanwendungen. In Kolbenkompressoren sind unsere Arlon® 3000XT vernetzten PEEK, WR® 600 Verbundwerkstoffe und Avalon® 56 modifiziertes PTFE eine gute Wahl für Kolbenringe und Reiterbänder sowie für Ventilplatten.
Bei der Konstruktion eines Zentrifugalkompressors für den Wasserstoffbetrieb müssen die Ingenieure eine hohe Betriebsgeschwindigkeit des Laufrads sicherstellen. Die maximal erreichbare Spitzengeschwindigkeit des Laufrads hängt vom Material ab, aus dem es besteht. Greene Tweed empfiehlt den kohlenstofffaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoff Xycomp® mit einem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis. Als Dichtungselemente sind RGD-beständige Fusion® 938 O-Ringe und MSE® federbelastete Lippendichtungen für extreme Temperaturen und Drücke am besten geeignet.
Elektrolyseure
Grüner Wasserstoff, ein potenziell kohlenstofffreier Brennstoff, ist entscheidend für die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft. Möglich wird grüner Wasserstoff durch Elektrolyseure, die mit Strom aus Wind- und Sonnenenergie Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. Um emissionsfreien Wasserstoff zu erzeugen, benötigen Elektrolyseure Materiallösungen, die Herausforderungen wie Materialausgasung, chemische Kompatibilität oder Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen standhalten können. Greene Tweed hat ein Portfolio entwickelt, das Materialien zur Verbesserung der Leistung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren umfasst. Dazu gehört Arlon® 3000XT, das eine bessere chemische Beständigkeit als Standard-PEEK bietet und gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften von Standard-PEEK bei höheren Temperaturen beibehält. Außerdem bietet es eine 200-mal geringere Permeabilität als Standard-PEEK. Die Chemraz®-Dichtungen von Greene Tweed sind aufgrund ihrer außergewöhnlichen chemischen Kompatibilität, ihrer geringen Ausgasungseigenschaften und ihrer Hochtemperatureigenschaften ideal.
Testen ist wichtig
Woher wissen wir, dass unsere Materiallösungen mit Wasserstoff funktionieren? Wir testen unsere Materialien in mehreren unabhängigen Labors ausgiebig, um sicherzustellen, dass unsere Lösungen den Herausforderungen im Zusammenhang mit Wasserstoff standhalten können. Bisher zeigen die Ergebnisse von Tests wie zyklischen Hochdruck- und Permeationstests, dass unsere Materialien und Lösungen bereit sind, die Wasserstoffinfrastruktur zu unterstützen und zu stärken.