Wasserstoff gilt als umweltfreundlicher Energieträger der Zukunft, weil er sehr flexibel einsetzbar ist, mit regenerativen Technologien hergestellt werden kann und sich gut transportieren sowie speichern lässt. Fluidische Komponenten, wie Ventile oder Durchflussregler, sind in der gesamten Wertschöpfungskette unverzichtbar – bei der Wasserstofferzeugung ebenso wie bei der -verteilung und -nutzung. Sie müssen dabei hohe Anforderungen erfüllen. Und diese sind hoch. Die Armaturenunternehmen – und die gesamte Industrie – stellen sich bereits auf den wachsenden Wasserstoffboom ein.
Neben Präzision und Wasserstoffbeständigkeit für einen sicheren Betrieb sind Langlebigkeit und vor allem auch Skalierbarkeit wichtig, damit zum Beispiel neue Anlagen zur Wasserstofferzeugung den Sprung vom Labormaßstab zur Industrieanwendung mit Leistungen im Gigawatt-Bereich überhaupt schaffen können. Bürkert Fluid Control Systems hat beispielsweise reichlich Erfahrung in allen Wasserstoffbereichen gesammelt, sowohl bei der Erzeugung als auch bei Verteilung und Nutzung. Zum Produktportfolio des Unternehmens gehören zahlreiche Fluidik-Komponenten, deren Materialien auf die speziellen Anforderungen dieser Einsatzbereiche abgestimmt sind. „Versprödungen und Undichtheiten sind dadurch nicht zu befürchten“, betont das Unternehmen.
Prozessregelung bei der Methan-Plasmalyse
Es gibt unterschiedliche Technologien zur Wasserstofferzeugung, nicht nur die energieintensive Elektrolyse. Methan-Plasmalyseure beispielsweise erzeugen aus Solar- oder Windenergie ein hochfrequentes Spannungsfeld, um Methan aus Schmutzwasser in seine molekularen Komponenten Wasserstoff (H2) und Kohlenstoff (C) aufzuspalten. „Damit der Prozess sicher und in hoher Qualität abläuft, sind eine Vielzahl an Prozessarmaturen notwendig, zum Beispiel Prozessventile mit pneumatischem Antrieb in unterschiedlichen Nennweiten und in Schräg- oder Geradsitz-Ausführung“, erläutert Bürkert. Hinzu kommen Prozessregelsysteme mit Stellungsregler sowie Kugelventile mit pneumatischem Schwenkantrieb. „Die Ansteuerung übernehmen Ventilinseln, die sich dank ihrer kompakten Abmessungen gut in Schaltschänken in unmittelbarer Nähe zum Prozess einbauen lassen.“ Die entsprechenden Schränke kann Bürkert ebenfalls fertigen und individuell auf die jeweiligen Bedürfnisse anpassen.
ATEX-gerechte Ventiltechnik für mobile Tankstellen
Die Verteilung von Wasserstoff über Tankstellen bringt aufgrund der oft fehlenden Infrastruktur immer noch große Herausforderungen mit sich. Damit Wasserstoff zum Beispiel an mobilen Tankstellen zügig und sicher getankt werden kann, ist der richtige Druckausgleich wichtig. Bürkert: „Hier leistet Ventiltechnik einen bedeutenden Beitrag.“ Zur weiteren Technik zählen Sensoren, etwa für Temperatur und Druck, entsprechende IO-Systeme und die Pneumatik-Ventile, die die medienführenden Ventile präzise schalten und so für den richtigen Druckausgleich sorgen. Alle Komponenten müssen laut Bürkert sowohl bei Sommerhitze als auch bei Kälte im Winter zuverlässig funktionieren und zudem ATEX-konform untergebracht sein.
Flexible Prüfstände für Brennstoffzellen
Brennstoffzellen-Systeme müssen unter unterschiedlichsten Bedingungen und mit einer Vielzahl an Parametern getestet werden, um einen optimalen Wirkungsgrad und eine maximale Lebensdauer sicherzustellen. Die Testeinrichtungen müssen sehr flexibel sein, gleichzeitig gilt es, die Durchflussmengen auf den einzelnen Gasstrecken feinfühlig zu regeln und präzise zu steuern. Bürkert unterstützt Brennstoffzellen-Prüfstände beispielsweise mit elektromagnetischen Proportionalventilen, elektromotorischen Prozessregelventilen, Massendurchflussreglern (MFC) sowie mit Füllstand-Schwimmerschalter. Bei den Ventilen für Wasserstoff sei die Eignung genauso nachgewiesen wie bei Ventilen für Sauerstoff.
Passende Steuerungen sind notwendig
Auch Digitalisierung und Automatisierung prägen zunehmend die Wasserstoffbranche. „Das bedeutet für uns, dass es bei den Steuerungslösungen für Armaturen stetig neue Entwicklungen gibt“, erläutert Hartmann Valves. Hier arbeite man mit Antriebslieferanten zusammen, „um auf den Anwendungsfall abgestimmte Steuerungen anbieten zu können“.
Ein Anbieter von Antrieben ist beispielsweise AUMA. Die explosionsgeschützten Stellantriebe des Unternehmens sind wasserstofftauglich. Zum Einsatz kommen AUMA Antriebe etwa in der Power-to-Gas-Anlage von Windgas Haßfurt, wo überschüssige Windenergie in H2 umgewandelt wird. Sie werden bei der Wasserstoffeinspeisung in das Gasnetz eingesetzt.
Der Markt boomt – das hat auch Folgen für die Dimensionierung. So werden die entsprechenden Anlagen, Module und Rohrleitungen immer größer. Die Waldemar Pruss Armaturenfabrik stellt den Trend fest, dass Wartungsfreiheit immer wichtiger wird. Daher biete man spezielle Armaturen für Wasserstoffanwendungen an, die einerseits Normen und Standards erfüllen, andererseits aber auch auf wartungsanfällige Komponenten aus Elastomeren verzichten.
Emerson unterstützt CRT bei Hydrogen Applications
Um den Einsatz von CRT-Wasserstoffproduktionslösungen weiter zu beschleunigen, arbeitet Emerson mit Cavendish Renewable Technology (CRT) zusammen, einem in Australien ansässigen Startup-Unternehmen mit firmeneigenen Wasserstofftechnologien. Zum Emerson-Portfolio gehören hier Software, Leitsysteme, Instrumentierung, Ventile und Sicherheitslösungen für das Wasserstoff-Elektrolyse- und Ammoniakverarbeitungsequipment von CRT.
„In den kommenden zehn Jahren wird es ein goldenes Zeitalter für Wasserstoff geben“, so Ani Kulkarni, Ph.D., Chief Executive Officer von CRT. „Die Zusammenarbeit mit Emerson wird es uns ermöglichen, unsere Betriebsabläufe zu optimieren und zu skalieren, was dabei helfen wird, die globale Übernahme von Wasserstofftechnologien zu beschleunigen, um Energieziele zu erreichen und globale Emissionen zu reduzieren.“ Die firmeneigene Elektroanalyse-Technologie werde die Produktion von grünem Wasserstoff in großem Maßstab ermöglichen, „wobei wir anstreben, dass er im Vergleich zu fossilen Brennstoffen kostenmäßig konkurrenzfähig sein wird“, so Kulkarni.
Weltgrößter Wasserstoff-Prüfstand in Betrieb genommen
Geprüfte Qualität ist insbesondere im Wasserstoffbereich elementar. RMA hat den weltweit größten Wasserstoff-Prüfstand für Gasmengenmessung in Betrieb genommen. Zu den technischen Spezifikationen der zwei Testlinien gehören eine minimale Durchflussrate von 5m³/h und eine maximale Durchflussrate von 6.500m³/h sowie Drücke von minimal 8 und maximal 51bar sowie Nennweiten für innere Rohrdurchmesser bzw. Armaturanschlussmaße von DN50 bis DN300. Der Wasserstoff-Prüfstand steht ab jetzt für Forschungs- und Testzwecke zur Verfügung.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) plante Förderinitiativen zu Wasserstoff-Leitprojekten als einem zentralen Beitrag zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie. Neben H2Giga und H2Mare konzentriert sich das Leitprojekt TransHyDE auf die Entwicklung, Bewertung und Demonstrationen von Technologien zum Wasserstoff-Transport. Das BMBF nominierte die RMA zum Koordinator des TransHyDE-Projekts Sichere Infrastruktur, eines von neun Projekten insgesamt. Neben neuen Konzepten für sichere Komponenten für eine Wasserstoffinfrastruktur sowie Sensorik zur Überwachung von Wasserstoffspeichern, -leitungen und -anschlussstellen ist ein zentraler Bestandteil die Entwicklung und Inbetriebnahme eines eichfähigen Wasserstoff-Prüfstands. „Dieser Meilenstein wurde mit der Inbetriebnahme des H2-Prüfstands jetzt erreicht“, erklärt RMA.
Die Einweihungszeremonie des ersten deutschen Flüssiggas-Terminals fand in Wilhelmshaven statt. RMA hat durch die Lieferung ihrer wasserstofftauglichen Komponenten – Kugelhähne, Antriebe und Isolierstücke – „wesentlich zum Bau des LNG Terminals beigetragen“, so RMA in einer Mitteilung. Im Zuge des jetzt bewilligten TransHyDE-Projektes LNG-Terminals wird die nachhaltige Nutzung mit Wasserstoff nun wissenschaftlich untersucht.
RWE möchte wasserstofffähiges Gaskraftwerk errichten
Auch Gaskraftwerke werden auf den Wasserstoffboom vorbereitet. So plant etwa RWE, an eigenen ehemaligen Kraftwerksstandorten bis 2030 wasserstofffähige Gaskraftwerke zu errichten, um damit zum Gelingen des Kohleausstiegs bis 2030 beizutragen. Mit der Auftragsvergabe an ein internationales Konsortium hat RWE die Voraussetzungen geschaffen, um an ihrem Standort Weisweiler bis zum Ende des Jahrzehnts ein wasserstofffähiges Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerk (GuD) mit einer Leistung von 800 Megawatt zu realisieren.
Die geplante GuD-Anlage soll bereits zum Zeitpunkt ihrer Inbetriebnahme technisch in der Lage sein, mindestens 50 Prozent Wasserstoff einzusetzen. Alle Planungen sind drauf ausgerichtet, dass eine Umrüstung auf den Einsatz von 100 Prozent Wasserstoff ab 2035 möglich ist. RWE prüft die Errichtung wasserstofffähiger Gaskraftwerke auch an weiteren Standorten.
Die technologischen Voraussetzungen werden also bereits geschaffen, damit auf deren Basis Wasserstoff den enormen Boom entwickelt wird, den sich jeder von ihm erhofft.
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