For the energy transition with hydrogen

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Für die Energiewende mit Wasserstoff: GYLON und GYLON EPIX dichten hydrogene Anwendungen erwiesenermaßen sicher ab.

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 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 BAM beprobt werden muss, sind GYLON & GYLON EPIX Style 3504 und Style 3510 an der Bundesanstalt für Materialforschung und -Prüfung (BAM) in Berlin hinsichtlich ihrer Veränderung entsprechend beprobt worden. Dieser Umstand ist z.B. auch bei flüssigem oder gasförmigem Sauerstoff gegeben.

Die entsprechenden GYLON & GYLON EPIX Dichtungstypen wurden daher wie folgt eingelagert:

Lagerung von mehr als einer Woche unter 150°C bei 100 bar in Wasserstoffgas
Lagerung von mind. sechs Tagen in flüssigem Wasserstoff bei kryogenen Bedingungen
Danach Untersuchung hinsichtlich ihrer Härte, Reißfestigkeit, Reißdehnung sowie Dichte
Vergleich der ermittelten Werte nach H2 Lagerung mit den vorangehend ermittelten Werten

Der Prüfbericht “Charakterisierung von zwei polymeren Werkstoffen vor und nach der Lagerung in Wasserstoff” der BAM zeigte sehr gute Testergebnisse und ideale Eigenschaften unserer GYLON Werkstoffe für die Abdichtung von Wasserstoffanwendungen. Auch unter gasförmigem H2 liegen die Werte der GYLON Styles nahezu im Bereich der Messunsicherheiten.

Die Ergebnisse der Beprobung von mechanischen Eigenschaften zeigen, dass unsere modifizierten PTFE Werkstoffe der 3. Generation geeignet sind, in kryogener und in höher temperierter H2 Umgebung eingesetzt zu werden, ohne Schaden zu nehmen.

Doch wie verhält es sich mit den erreichbaren Dichtheitsklassen?

Zu diesem Zweck wurden bei der Firma GAIST (einem Spin-OFF der FH Münster) Beprobungen der erreichbaren technischen Dichtheit im kryogenen Bereich nach Auslagerung bei -196°C und im gasförmigen Bereich bei Auslagerung von bis zu 200°C Beprobungen im bereits bekannten Aufbau für den Bauteilversuch nach VDI2290 (noch zu verabschieden) durchgeführt.

Zusammenfassend gilt für GYLON & GYLON EPIX Style 3504 und Style 3510:

Beprobungen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin 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.
Beprobungen der Firma GAIST (FH Münster Spin-off) für die technische Dichtheit nach Temperaturauslagerung unter gasförmigem Wasserstoff (bei +200°C) und kryogener Auslagerung (-160°C), auch mit segmentierten Dichtungen.
- In reiner H2 Umgebung werden Dichtheitsklassen von 1,8x 10E-06 bis 4,7x 10E-07 [mg/(m*s)] erreicht.

Alle Werte wurden nach Montage in einem realen Flansch mit jeweils 30MPa Flächenpressung ermittelt. Die gemessenen Werte nach Auslagerung in kryogener Umgebung bei -196°C liegen ebenfalls weit unterhalb des Leckage-Grenzwertes, der von der TA-Luft verlangt wird. Den besten Wert aus diesem Vergleich erreichte die GYLON EPIX Variante, die über eine patentierte Oberflächentextur verfügt und hier zwei Dekaden (also 10×10=100mal) besser abgeschnitten hat. 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

Die Ergebnisse der BAM Berlin (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) belegen, dass modifizierte, kalandriert gefertigte PTFE Dichtungen der Produktreihen GYLON und GYLON EPIX unter kryogener und unter gasförmiger H2 Umgebung keine oder nur geringe Veränderungen der mechanischen Kenndaten zeigen. Es konnte der Nachweis geführt werden, dass Leckagebeprobungen 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. Als weitere wichtige Aussage konnte bei den Versuchen die Erkenntnis gewonnen werden, dass die Ergebnisse der Beprobungen mit Helium herangezogen werden können, um die technische Dichtheit eines Dichtungsmaterials aus modifiziertem kalandriertem PTFE im Hinblick auf das Einhalten der TA-Luft auszuwerten.