Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWMZum Aufbau der Wasserstoff-Infrastruktur fehlen derzeit Berechnungskonzepte zum Festigkeitsnachweis. Eine ideale Ausgangsbasis ist die bei vielen Unternehmen bereits etablierte FKM-Richtlinie. Im Projekt werden Berechnungsbeispiele für ausgewählte Anwendungsfälle aus der Industrie erarbeitet und überprüft, wie der Festigkeitsnachweis unter Druckwasserstoffatmosphäre angewandt und modifiziert werden muss. Dies stellt die Ausgangsbasis für die zukünftige Erweiterung der Richtlinien dar.
H2-Bauteilberechnung: Erarbeitung einer KMU-tauglichen Berechnungsprozedur für Bauteile in Druckwasserstoff-Atmosphäre am Beispiel ausgewählter struktureller Komponenten
Laufendes Forschungsprojekt
Projektbeschreibung
Im Rahmen der Energiewende erfährt der Druckwasserstoff als Energieträger eine stetig steigende Relevanz. Um eine praxistaugliche Wasserstoff-Infrastruktur zu schaffen, bedarf es einer Vielzahl von neu zu entwickelnden Komponenten, um eine sichere Speicherung, Betankung und Transport zu gewährleisten. Um diese Bauteile betriebsfest auszulegen, werden neue Berechnungskonzepte benötigt, die materialspezifisch die Schädigungsmechanismen unter Wasserstoffatmosphäre in geeigneter Art und Weise abbilden können. Für spezielle Anwendungen (z.B. Pipelines, Druckbehälter) existieren zwar Regelwerke, die einen Wasserstoffeinfluss berücksichtigen, jedoch erfolgt dies bisher nur in sehr undifferenzierter und konservativer Art und Weise, indem beispielsweise ein pauschaler Sicherheitsfaktor von 1/10 in Wasserstoffatmosphäre angesetzt wird (AD2000 Regelwerk). Es besteht von daher ein erheblicher Bedarf an maßgeschneiderten Berechnungsprozeduren für eine breite Vielzahl an Bauteilen und Materialien, die den Medieneinfluss des Wasserstoffs sachgerecht berücksichtigen. Das Projekt soll die Vorstufe zur Entwicklung einer Berechnungs-Richtlinie darstellen. Dazu werden mehrere Beispielbauteile analysiert, wie z.B. Ventilgehäuse oder Armatur-Komponenten. Das Schädigungspotential der Wasserstoff-Atmosphäre wird u.a. über die beanspruchungsabhängigen Parameter wie Druck, Konzentration, Temperatur, Expositionsdauer und Lastfrequenz sowie die werkstoffabhängigen Faktoren wie Werkstoffgruppe und chemische Zusammensetzung berücksichtigt.
Transfer der Projektergebnisse in FuE-Leistungen des Fraunhofer IWM
- Bauteil-Festigkeitsnachweis unter Druckwasserstoffatmosphäre
- Charakterisierung und rechnerische Beschreibung der Materialdegradation unter Druckwasserstoffatmosphäre
- Nachweiskonzepte zu statischer und Ermüdungsfestigkeit unter Druckwasserstoff
Förderhinweis
