Armaturen für Wasserstoff Herausforderung H2: Was Wasserstoff-Armaturen wirklich können müssen

Armaturen für die Wasserstoff-Wertschöpfungskette müssen besonderen Anforderungen genügen: Welche Werkstoffe, Prüfverfahren und Bauformen kommen für Elektrolyseprojekte in Frage?

Wasserstoff gilt als vielseitiger Energieträger der Zukunft, der bei der Verwendung keine direkten Treibhausgase emittiert. Gleichzeitig stellt das Medium Wasserstoff anspruchsvolle Anforderungen an Armaturen. „Wir als Ari-Armaturen haben uns frühzeitig die Frage gestellt, wie wir Teil der Entwicklung hin zu null CO₂-Emissionen sein können. Dazu haben wir uns intensiv mit den speziellen Anforderungen von Wasserstoff an unsere Armaturen auseinandergesetzt und anschließend ein Portfolio definiert, welches „H₂-ready“ ist“, erklärt Werner Peters, Leiter Technischer Vertrieb/Business Development des Armaturenspezialisten Ari-Armaturen.

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Diese Technologien ermöglichen die Wasserstoff-Revolution

„Wir bieten Armaturen für die gesamte Wasserstoff-Wertschöpfungskette – von der Herstellung über den Transport und die Speicherung bis hin zur Verwendung“, führt Peters fort. Das Unternehmen ist Partner weltweiter Wasserstoff-Projekte, die aktuell größten davon sind Elektrolyse-Anlagen in Dänemark und Deutschland. „Wir sehen einen stark wachsenden Markt, für den wir breit aufgestellt sind. Für unsere Kunden bietet unsere One-Stop-Shop-Philosophie viele Vorteile, da sie einen Großteil der benötigten Armaturen bei uns aus einer Hand, direkt vom Hersteller und ‚Made in Germany‘ beschaffen können.“

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Armaturen für Wasserstoff-Projekte

Armaturen müssen dem Medium Wasserstoff gegenüber beständig sowie dicht nach außen und innen sein. Gleichzeitig müssen sie weitere gängige Anforderungen (Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU, ATEX/IECEx, ISO 15848/TA Luft und andere) erfüllen. Welche Normen speziell für Wasserstoff angepasst werden müssen, wird von Institutionen und Verbänden derzeit noch erarbeitet. Ari-Armaturen begleitet diese Entwicklung eng und wirkt in verschiedenen Arbeitskreisen mit. Mit dem Begriff „H2-ready“ bewirbt Ari-Armaturen jene Armaturen, die für das Medium Wasserstoff umfangreich geprüft und geeignet sind.

Als leichtestes Element ist Wasserstoff diffusiv, kann in atomarer Form in das Kristallgitter von Stahl eindringen und dort zu einer Materialversprödung führen. Hochfeste Kohlenstoff-Stähle sind dafür besonders anfällig und daher nicht zu empfehlen. Austenitische Edelstähle, die auch der Armaturenspezialist aus Schloß Holte-Stukenbrock verwendet, haben sich hingegen als geeignete Werkstoffe erwiesen. Dies sind als Gusswerkstoffe z. B. 1.4408 (CF8M) oder 1.4581 (CF10M) und für die Innenteile 1.4404 (316L) oder 1.4571 (316Ti). Dennoch ist insbesondere bei hohen Temperaturen die Materialauswahl individuell zu prüfen und dem Einsatzfall entsprechend auszuwählen.

Werkstoffe und Konstruktion für die H2-Revolution

Da Wasserstoff sehr flüchtig ist, gelten höchste Anforderungen für die innere und insbesondere die äußere Dichtheit: Die innere Dichtheit wird bei metallisch dichtenden Hubventilen durch eine Linienabdichtung des konischen Kegels auf dem Sitzring mit „Cut-Effekt“ sichergestellt, durch die das Ventil selbst bei geringer Krafteinwirkung wegen der sehr hohen Flächenpressung zuverlässig dichtschließt. Ari-Armaturen bestätigt die innere Dichtheit durch die Prüfung gemäß EN 12266, Leckrate A.

Auch eine Prüfung gemäß weiteren Normen wie etwa der API 598 kann auf Kundenwunsch realisiert werden. Neben dem Prüfmedium Luft/Stickstoff können Prüfungen auch mit Helium oder mit Formiergas durchgeführt werden. Die Dichtheit nach außen wird über langjährig bewährte und nach TA-Luft- bzw. ISO-15848-zertifizierte Abdichtungen sichergestellt. Insbesondere an Spindelabdicht- ungssystemen verfügen die Armaturen-Experten seit vielen Jahren durch eine große Branchenabdeckung über ein umfassendes Faltenbalg-Technologie-Portfolio. Die verwendeten doppelwandigen Faltenbälge sind je nach Baureihe für bis zu 100.000 Lastspiele ausgelegt. Maßgeschneiderte wartungsfreie Faltenbalg-Lösungen sind beispielsweise mit verstärktem, am Gehäuseoberteil angeschweißten Faltenbalg ausgestattet oder mit Balgschutz für eine erhöhte Druckstoßsicherheit.

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Außerdem bietet Ari-Armaturen für verschiedene Hub- und Schwenkarmaturen eine TA-Luft-Packung mit federbelasteter Stopfbuchse als Abdichtung nach außen an. Bei gesamtheitlicher Betrachtung der Armatur darf die Deckel- bzw. Gehäuseoberteil-Dichtung nicht fehlen: Hier werden als Standard nach dem Stand der Technik Graphit-Dichtungen verwendet, wobei in Abstimmung mit Kunden auch für Wasserstoff zertifizierte Dichtungen eingesetzt werden. In Bezug auf die Anschlussform zur Rohrleitung, und somit ebenfalls zur Minimierung der Emissionen, verfügt das Unternehmen über eine Vielzahl von Lösungen wie die standardmäßigen Flansche B1 nach EN 1092 oder auch optional als Nut-und-Feder-Konstruktion mit Ring-Joint sowie über Armaturen mit Schweiß-Enden.

H2 ready: Lösungen für die Elektrolyse-Prozesse der Zukunft

Um den zukünftigen Bedarf zu decken, muss aber noch sehr viel mehr Wasserstoff klimaneutral produziert werden. Große Aufmerksamkeit ruht deshalb auf großen Wasserelektrolyse-Anlagen als potenziell „grüne“ Technologie: Dabei wird Wasser unter Einsatz elektrischer Energie in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Damit dabei von „grünem“Wasserstoff gesprochen werden kann, muss der verwendete Strom aus regenerativen Quellen stammen.

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Die Anforderungen an Armaturen in diesen Anlagen sind so unterschiedlich wie die verwendeten Medien. Dies sind insbesondere Prozesswasser auf der Edukt- sowie Wasserstoff und Sauerstoff auf der Produktseite. Eine Kühlung des Systems erfolgt über einen zusätzlichen Kühlkreislauf. Neben Absperrarmaturen wie Faltenbalg- bzw. Stopfbuchsventilen oder Absperrklappen, die in allen Medien Anwendung finden, werden zusätzlich Rückschlagklappen sowie Sicherheitsventile zur Überdruckabsicherung und Stellventile zur Regelung benötigt. Damit bietet Ari-Armaturen einen großen Teil der benötigten Armaturen für die Wasserelektrolyse aus einer Hand „Made in Germany”.

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