Wasserstoff gilt als Schlüsseltechnologie für die Energiewende und spielt eine zentrale Rolle beim Ersatz fossiler Energieträger im Kampf gegen den Klimawandel. Er lässt sich idealerweise mit überschüssigem Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugen – kostengünstig und klimaneutral. Doch so vielversprechend sein Einsatz ist, so herausfordernd ist der Umgang mit ihm: Wasserstoff stellt sehr hohe Anforderungen an das Material der Komponenten – insbesondere bei Regel- und Absperrventilen, deren zuverlässige Funktion auch unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen sichergestellt sein muss.
Gleitschieberventile und Sitzventile von Schubert & Salzer eignen sich hervorragend für den Einsatz in Wasserstoff. Sie sind technisch ausgereift, zuverlässig dicht und haben sich über viele Jahre in Wasserstoffanwendungen bewährt.
Wasserstoffventile aus bewährten Werkstoffen
Wasserstoff ist das kleinste und leichteste aller Atome. Aufgrund seiner geringen Größe kann er leicht in viele Werkstoffe diffundieren und dort zu strukturellen Veränderungen führen. Dadurch können erhebliche Schäden entstehen, weshalb Wasserstoff besondere Anforderungen an die Materialauswahl stellt.
Ferritische und martensitische, sowie auch einige hochlegierte, Stähle sind anfällig für wasserstoffinduzierte Rissbildung, auch bekannt als Wasserstoffversprödung. Dabei diffundieren Wasserstoffatome in den Werkstoff und lagern sich an Fehlstellen oder Versetzungen ab. Der Stahl verliert an Zähigkeit, wird spröde und kann unter Belastung versagen.
Auch klassische Dichtwerkstoffe wie EPDM oder FKM sind im Wasserstoffumfeld nicht ohne Weiteres einsetzbar. Wasserstoff diffundiert leicht in die Molekülketten der Elastomere. Ein plötzlicher Druckabfall kann zur schlagartigen Volumenausdehnung des eingelagerten Wasserstoffs führen. Die Dichtung wird zerstört, da das Gas nicht schnell genug entweichen kann. In solchen Fällen ist der Einsatz spezieller Elastomere oder metallischer Dichtungen, etwa aus Kupfer, erforderlich.
Für den Einsatz in Wasserstoffanwendungen werden Gleitschieberventile von Schubert & Salzer deshalb aus austenitischen Stählen wie 1.4408 und 1.4404 (sowie bei Bedarf auch aus Alloy C276) gefertigt, welche eine hervorragende Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung aufweisen. Sitzventile werden für diesen Anwendungsbereich in Edelstahl 1.4408 ausgeführt. Bei hohen Drücken werden anstelle von Elastomeren metallische Dichtungen aus Kupfer eingesetzt.
Wasserstoffventile mit ausgezeichneter Dichtigkeit
Wasserstoff ist hochentzündlich und weist einen außergewöhnlich weiten Explosionsbereich von 4 bis 75 Volumenprozent in Luft auf – deutlich größer als bei Propan oder Methan. Angesichts dieser Eigenschaften ist die zuverlässige innere und äußere Dichtigkeit von Wasserstoffventilen ein zentrales Sicherheitskriterium. Besonders in geschlossenen oder schlecht belüfteten Bereichen können bereits kleinste Leckagen zur Bildung zündfähiger Gemische führen – mit entsprechend hohem Gefährdungspotenzial.
Gleitschieberventile von Schubert & Salzer sind aufgrund ihrer Spindel- und Gehäuseabdichtung nach der TRGS 500 technisch dauerhaft dicht. Sie erfüllen die Anforderungen der TA-Luft 2021 (gemäß EN ISO 15848-1) und verfügen über ein DVGW-Zertifikat nach DIN 16678. Spezialausführungen für Wasserstoff erreichen Gehäuseleckagen von weniger als 5 x 10-6 mbar*l/s (Helium, Gemessen mit Helium-Schnüffeltest nach ISO 15848-2 bei 6bar) und sind damit selbst für den Einsatz in kleinsten, geschlossenen Räumen geeignet.
Ausgewählte Sitzventile eignen sich für Wasserstoffanwendungen gemäß Kategorie I der DGRL. Ausgestattet z. B. mit Metallfaltenbalg, Anschweißenden oder Flanschverbindungen zeigen Schrägsitzventile und Flanschventile eine hervorragende innere und äußere Dichtigkeit. Insbesondere ist der Einsatz der Typen 7015 und 7025 mit Bescheinigung der Leckrate nach TA-Luft gemäß DIN EN ISO 15848-1 zu empfehlen.
Sowohl bei Gleitschieberventilen als auch bei Sitzventilen kann zur Prüfung der äußeren Dichtigkeit ein Helium-Leck-Test durchgeführt werden (Helium, Gemessen mit Helium-Schnüffeltest nach ISO 15848-2 bei 6bar).
Anwendungsbeispiele für Absperr- und Regelventile im Bereich Wasserstoff:
- Elektrolyse
- Dampfreformation
- Prüfstände für Brennstoffzellen
- Prüfstände für Flugzeugmotoren
- Brenneranwendung in der Stahl-, Glas- und Baustoffindustrie
- Atmosphärenöfen zum Aufkohlen, Blankglühen, Anlassen und Härten von Metallen
- Gasmischer für schweißtechnische Anwendungen
- Herstellung von Trichlorsilan
- Filterabreinigung Polysilizium
- Chloralkali-Elektrolyse zur Herstellung von Chlor in der Chemie