Kautschuk mit Rußpartikeln zeigt sich gegen Wasserstoff widerstandsfähig
Welches Material ist im Umgang mit Wasserstoff gut geeignet, der unter hohem Druck gespeichert wird? Das hat die Bundesanstalt für Materialforschung untersucht.
Ein Elastomer-Werkstoff im Belastungstest.
(Bild: BAM)
Mit Rußpartikeln verstärkter Kautschuk scheint ein geeignetes Material für die Wasserstoffwirtschaft zu sein. Das hat die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) zusammen mit Instituten aus fünf weiteren europäischen Ländern im Projekt Polymer4Hydrogen herausgefunden. Das Material wurde daher laut einer BAM-Mitteilung für die weitere Materialentwicklung ausgewählt, um ein Hochleistungs-Elastomer zu entwickeln, der allen Herausforderungen einer künftigen Wasserstoffwirtschaft gewachsen ist.
Dort werden Werkstoffe aus Polymeren vielfältig eingesetzt: in Elektrolyseuren, Tanks, Pipelines und Brennstoffzellen für Dichtungen, Leitungen, Ventile oder Membranen. Bisher war weitgehend unerforscht, welche Polymere in Wasserstoffumgebungen sicher eingesetzt werden können. Das hat sich nun geändert, teilt die BAM mit.
Sehr kleines Molekül
Eine Herausforderung für die Materialforschung ist, dass Wasserstoff mit einem Druck von bis zu 1000 bar gespeichert wird. Zudem sei das Wasserstoffmolekül sehr klein und könne leicht in Werkstoffe eindringen. Um Leckagen und Havarien von vornherein auszuschließen, müssen Materialien für Dichtungen, Schläuche und Leitungen daher besonders hohen Sicherheitsanforderungen genügen.
In ersten Untersuchungen habe sich gezeigt, dass sich auch Elastomere anfällig zeigen, besonders im Zusammenhang mit schneller Gasdekompression. Ein solcher plötzlicher Druckabfall ereignet sich etwa, wenn Wasserstoff beim Betanken aus einem Hochdruckspeicher in eine Leitung gepumpt wird. Dann sammeln sich Wasserstoffmoleküle, die bereits zuvor unter dem extrem hohen Druck in Elastomer-Dichtungen eingedrungen sind, in Hohlräumen und das Material quillt auf. Das wiederum könne zu Mikrodefekten und Rissen im Kunststoff führen, er dichtet nicht mehr ausreichend ab und Wasserstoff kann austreten.
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In Hochdruck-Autoklaven – also gasdicht verschließbaren Druckbehältern – wurden in den BAM-Labors synthetische Elastomere auf ihre Beständigkeit getestet. Die Werkstoffe wurden Wasserstoff bei einem Druck von bis zu 1000 bar und wechselnden Belastungen ausgesetzt. Anschließend wurden die Materialproben umfangreichen Dichte- und Härtemessungen, mechanischen Analysen, Zugversuchen und Verschleißtests unterzogen. Auch hat das BAM den Einfluss von Wasserstoffdruck auf das Reibverhalten verschiedener Elastomer-Werkstoffe bestimmt. Dabei habe sich gezeigt, dass Weichmacher die Wirkung der schnellen Gasdekompression verstärken, erläutert Géraldine Theiler von der BAM.
(anw)