H2 / Wasserstoff
Energiewende mit Wasserstoff
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat offiziell mit dem Update der Wasserstoffstrategie vom Juli 2023
den Turbo für die H2-Wirtschaft eingeschaltet. Das von der BMBF erklärte Ziel ist die Marktführerschaft in diesem neu entstehenden Markt. In der Praxis gilt es, Wasserstoffanwendungen in den verschiedenen Industrien und Wirtschaftszweigen sicher und gemäß aller Vorschriften und Richtlinien abzudichten.
In Wasserstoffanwendungen unterscheidet man zwischen „grünem Wasserstoff“, bei dem die Gewinnung aus regenerativen Energien oder per Elektrolyse erfolgt, und „grauem Wasserstoff“, bei dem die Gewinnung mit einem mit fossilem Brennstoff behafteten Prozess erfolgt. Dichtungsmaterial muss also sowohl den Anforderungen in gasförmigen Anwendungen als auch denen von kryogenen sowie gemischten Anforderungen gerecht werden.
Grundsätzlich gilt, dass die GYLON® PTFE Dichtungen der dritten Generation bereits seit Dekaden im Bereich H2 (Wasserstoff) eingesetzt werden und deren technische Dichtheit außer Frage steht, da die derzeitigen Beprobungen der gängigen EN 13555 Dichtungskennwerte mit dem wesentlich kleineren Molekül Helium erfolgte.
Da das Medium H2 immer im Anwendungsbereich der TA-Luft liegt, müssen Dichtungswerkstoffe verwendet werden, die rechnerische Nachweise der technischen Dichtheit gemäß VDI2290 mittels Berechnung nach EN 1591-1 für runde Flanschverbindungen erbringen können. Dies bedeutet, dass eine Ermittlung von EN13555 Charakteristiken der Dichtungswerkstoffe bezüglich des Kriechens bei Temperatur oder der maximal ertragbaren Flächenpressung notwendig ist.
Da in Deutschland jedes Material, das in Kontakt mit reaktivem Stoff kommt, der eine explosionsfähige Atmosphäre schaffen kann, vor dem Praxiseinsatz von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) beprobt werden muss, sind auch GYLON® & GYLON EPIX® Style 3504 und Style 3510 von der BAM in Berlin entsprechend beprobt worden.
GYLON® & GYLON EPIX®
GYLON® ist ein kalandrierter Hochleistung-Dichtungswerkstoff aus PTFE, der in verschiedenen Modifikationen verfügbar ist. Je nach Modifikation hat dieser unterschiedliche Komprimabilitäts- und Rückfederungseigenschaften.
GYLON® und GYLON EPIX® Style 3504 & 3510 wurden von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) für Wasserstoffanwendungen getestet. Der Prüfbericht “Charakterisierung von zwei polymeren Werkstoffen vor und nach der Lagerung in Wasserstoff” zeigte sehr gute Testergebnisse und ideale Eigenschaften unserer GYLON® Werkstoffe für die Abdichtung von Wasserstoffanwendungen.
GYLON® Style 3504 GYLON® Style 3510
GYLON EPIX® Style 3504 GYLON EPIX® Style 3510
STRESS SAVER® GYLON® 3504
Marktsegmente
| » Chemie & Petrochemie |
| » Lebensmittel & Getränke |
| » Pharmazie |
| » Metallindustrie |
| » Energiegewinnung |
| » Neue Energien H2 / Wasserstoff |
Hauptvorteile
| » Großer Arbeitsbereich (QSmin/L = 3MPa*) |
| »Großes Temperaturspektrum (-268°C bis +260°C) |
| » Gestoppter Kaltfluss |
| » Hohe Belastbarkeit (QSmax 230 MPa*) |
| » Hochdruck & Vakuumanwendungen |
| » Exzellente Medienresistenz ** |
| »Optional mit Innen- /Außenbördelerhältlich |
| » Gute elektrische Isoliereigenschaften |
| » Unbegrenzte Haltbarkeit |
| » Wetter und UV-resistent |
Zertifikate / Bescheinigungen *
| » FDA |
| » KTW |
| » BAM |
| » EC1935/2004 inkl. EC10/2011 |
| » TA – Luft inkl.Ausblassicherheit |
| » DIN EN 13555 Kennwerte |
| » Phthalat frei |
| » Silikon frei |
| » ADI frei (EMEA 410/01) |
| » USP Class VI <87> <88> |
| » USP <281> <661> |
| » Hydrocheck (Belgaqua) |
* Abhängig vom Produkt u. Anwendungsparametern
** Vgl. Garlock Medienresistenztabelle
Beprobungs-Ergebnisse
Die GYLON® & GYLON EPIX® Dichtungstypen wurden wie folgt eingelagert:
1. Lagerung von mehr als einer Woche unter 150°C bei 100 bar in Wasserstoffgas
2. Lagerung von mind. sechs Tagen in flüssigem Wasserstoff bei kryogenen Bedingungen
3. Danach Untersuchung hinsichtlich ihrer Härte, Reißfestigkeit, Reißdehnung sowie Dichte
4. Vergleich der ermittelten Werte nach H2 Lagerung mit den vorangehend ermittelten Werten
Die Ergebnisse der Beprobung von mechanischen Eigenschaften der BAM zeigen, dass unsere Dichtungen der 3. Generation geeignet sind, in kryogener und in höher temperierter H2 Umgebung eingesetzt zu werden, ohne Schaden zu nehmen.
Beprobungen der BAM mit hervorragenden Ergebnissen nach Auslagerung im kryogenen (-253°C) und gasförmigen (+150°C) Wasserstoff (BAM Aktenzeichen 22048064_1: 01-2023).
⮳ Veränderungen liegen im Rahmen der Fehlertoleranz der Sensoren.
Zur Ermittlung der erreichbaren Dichtheitsklassen wurden bei der Firma GAIST (einem Spin-OFF der FH Münster) Beprobungen der technischen Dichtheit nach Auslagerung bei -196°C im kryogenen Bereich und im gasförmigen Bereich bei Auslagerung von bis zu 200°C im Aufbau für den Bauteilversuch nach VDI2290 (noch zu verabschieden) durchgeführt.
Nachfolgende Tabellen zeigen musterhaft die erreichten Werte der Beprobungen (Zertifikate und Prüfberichte zum Bauteilversuch gemäß neuer TA-Luft sind verfügbar).
Fazit
Die Ergebnisse der Beprobung von mechanischen Eigenschaften der BAM zeigen, dass unsere modifizierten PTFE GYLON® Werkstoffe der 3. Generation geeignet sind, in kryogener und in höher temperierter H2 Umgebung eingesetzt zu werden, ohne Schaden zu nehmen.
Nachfolgende Tabelle zeigt die erreichten Werte der Beprobung
Für alle Ergebnisse und Versuche sind entsprechende Prüfberichte und Zertifikate gemäß der neuen TA-Luft verfügbar.
Ermittlung der Dichtheitsklassen
Nicht nur mit Dichtungen, die aus einem Stück hergestellt worden sind, lassen sich gute Dichtheitsklassen erreichen. Auch mit segmentierten Dichtungen können hervorragende Dichtheitsklassen unter gasförmiger Wasserstoff-Umgebung erreicht werden. Die Restflächenpressungen im kryogenen Bereich der Beprobungen haben sich wie zu erwarten höher eingestellt als im gasförmigen Bereich bei +200°C. Diese waren alle als gut zu bewerten.
Zusammenfassung der Ergebnisse
Es konnte der Nachweis geführt werden, dass Leckage Beprobungen unter dem Medium H2 Wasserstoff sowohl bei kryogenen Bedingungen wie auch bei gasförmigen Bedingungen stets zu einem Übererfüllen der geforderten Dichtheitsklasse von 1,0x10E-02 [mg/ (s*m)] führt.
Die erreichten „schlechtesten“ Ergebnisse liegen mit 1,39x10E-05 [mg/(s*m)] im kryogenen Bereich bereits um das 1000fache besser als von der TA-Luft gefordert und liegen auch im gasförmigen Zustand drei Dekaden und damit ca. 1000fach besser als der Grenzwert der TA-Luft.
Erzielte Ergebnisse der Beprobungen mit Helium können herangezogen werden, um die technische Dichtheit eines Dichtungsmaterials aus modifiziertem kalandriertem PTFE im Hinblick auf das Einhalten der TA-Luft auszuwerten.
Fallstudie GYLON® 3510
Grüner Wasserstoff – Produktion & Verteileranlagen
Branche
Grüner Wasserstoff – Produktion & Verteileranlagen
Kunde
Als führender industrieller Akteur im Bereich der Wasserstoffproduktion und -verteilung trägt unser Kunde zur weltweiten Entwicklung von kohlenstoffarmem Wasserstoff als Lösung für die Energiewende bei. Sein Geschäftsmodell basiert auf der Unterstützung nationaler und europäischer Kunden aus den Bereichen Industrie, Mobilität und Energie bei ihren Bemühungen um die Dekarbonisierung ihrer Aktivitäten.
Der Kunde ist ein echter “Europäer” mit Kompetenzzentren in Frankreich, Deutschland und Italien seit der Gründung des Unternehmens. Seine industrielle und kommerzielle Basis ist stark europäisch geprägt.
Hintergrund
Wasserstoff ist ein Energieträger, der die Energiewende bei den erneuerbaren Energien ergänzt. Als Energieträger mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten spielt Wasserstoff eine Schlüsselrolle bei der weltweiten Energiewende. Er kann als sauberer Kraftstoff zum Aufladen von Wasserstofffahrzeugen verwendet werden, in Gasnetze eingespeist werden, als Rohstoff für die Industrie dienen oder als Energiespeicherlösung die für die intelligente Netzüberwachung erforderliche Flexibilität bieten.
Herausforderungen
Unser Kunde wollte sicherstellen, dass die verwendeten Dichtungen für seine Wasserstoffanwendungen geeignet sind. Sie mussten medienbeständig sein und eine lange Lebensdauer gewährleisten. In intensiven Diskussionen wollten sie über Tests und Ergebnisse zum Thema hydrogene Anwendungen informiert werden.
Betriebsbedingungen
1. Medium: Oxygen, Hydrogen, KOH (28%) (Potassium Hydroxide)
2. Temperatur: 75°C
3.Druk: 30 bar (g)
Lösung und Nutzen
Unser Kunde spezifizierte GYLON® 3510 für die Rohrleitungen
einer 16MW-Anlage zur Herstellung von grünem Wasserstoff.
Mit den charakteristischen Eigenschaften unseres GYLON®
Werkstoffes und nach ersten erfolgreichen Tests überzeugten
wir den Kunden von GYLON® 3510. Medienbeständigkeit, Lebensdauer
und die typischen Charaktereigenschaften von GYLON®
3510 (weiß) konnten alle Produkte der Wettbewerber um ein
Vielfaches übertreffen.
Garlock GmbH
Falkenweg 1
41468 Neuss
Deutschland
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