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Innovation für Wasserstoffkompressoren gesucht
Wasserstoff muss stark komprimiert werden, damit man ihn transportieren und nutzen kann. Damit kommen aktuelle Kompressorendichtungen an ihre Grenzen: Sie verschleißen schneller als gewünscht. Es braucht – eine neue Idee.
Vor etwa zwei Jahren erzählten erstmals Kunden Dominik Schneider, Segment Manager Fluid Handling Europe, von einem Problem: Ihre Kompressoren, die Wasserstoff auf 700 bis über 1.000 bar verdichten, müssen häufig gewartet werden. Vor allem, weil die Dichtungen enormen Belastungen ausgesetzt sind und sehr schnell verschleißen. „Anwender würden wohl gerne einmal im Jahr die Geräte warten“, schätzt Schneider. Aktuell sind es bei ungeschmierten Kleinkompressoren eher alle vier Monate. Und jeder Ausfall kostet Geld.
Wir sprechen hier von der berühmten grünen Wiese.
Dominik Schneider, Segment Manager Fluid Handling Europe
Wasserstoff braucht Platz. Aus der Elektrolyse kommt Wasserstoff meist mit einem Druck von etwa 20 bar heraus. Das bedeutet, um zum Beispiel 100 Kilo Wasserstoff zu speichern, benötigt man zu diesem Zeitpunkt etwa das Volumen eines Schwimmbeckens. Für den Transport ist das zu platzintensiv. Die naheliegende Lösung: Der Wasserstoff wird komprimiert. Mit rund 70 bar wird er durch Leitungen geschickt, und spätestens, wenn er als Antriebsstoff ins Auto getankt werden soll, sind die erwähnten 700 bis über 1.000 bar Druck vonnöten. 100 Kilo Wasserstoff würden jetzt in einen handelsüblichen Kühlschrank passen. Methoden und Werkzeuge, um den Wasserstoff zu komprimieren, gibt es einige – beispielsweise Kolbenkompressoren. Eine Technik, die bis ins 18. Jahrhundert zurückreicht. Generell kann sie sehr hohe Drücke erzeugen. Aber Wasserstoff ist eine Herausforderung: Das Gas muss im Trockenlauf komprimiert werden, diffundiert sogar durch Metall. Der hohe Druck führt zu sehr hohen Temperaturen und belastet die Dichtungen. Einer der Gründe, warum Schneiders Kunden zunächst gar nicht an Freudenberg Sealing Technologies dachten: „Es war vielen nicht geläufig, dass wir auch Kolbendichtungen im Portfolio haben“, sagt er. Zudem geht es hier oft um eher geringe Stückzahlen, sodass Kunden direkt vom Handel bedient werden.
Kolbenkompressoren sind vielseitig und variabel
Ähnlich wie bei anderen Prozessen rund um Wasserstoff ist noch nicht entschieden, welche Technologie sich durchsetzen wird. Aber Kolbenkompressoren haben Vorteile. Sie sind vielseitig, können Durchflussraten regulieren und sie sind variabel: „Man kann Wasserstoff damit sehr elegant mehrmals hintereinander verdichten, um den Druck sukzessive zu erhöhen“, sagt Schneider. Aber so wie die Dichtungen bislang konstruiert sind, verschleißen sie eben zu schnell. Eine neue Idee, eine innovative Erfindung, ist gefragt.
Wahrscheinlich muss dabei die Dichtung für eine hohe Wasserstoffkompression komplett neu gedacht werden. „Wir sprechen hier von der berühmten grünen Wiese“, sagt Schneider. Es existiert kein überzeugendes funktionierendes System. Der Ingenieur bekommt keine fertige Zeichnung vorgesetzt, sondern muss selbst kreativ werden: „Das kommt nicht häufig vor.“ Das heißt, Freudenberg Sealing Technologies kann hier die eigenen Unternehmensstärken ausspielen: Materialkenntnis, Erfahrung beim Design, Routine in der Skalierung. Vor allem aber – den eigenen Entwicklergeist.
Die richtige Kombination aus Material und Design wird gesucht
Wahrscheinlich werden Material und Design die entscheidenden Herausforderungen sein. Gesucht wird eine Kombination, die wenig Verschleiß bei hohem Druck, hohen Temperaturen und Gleitgeschwindigkeiten bis zu fünf Metern pro Sekunde bietet. Freudenberg Sealing Technologies hat eine große Werkstoffkompetenz, unter anderem durch die vielen Projekte mit Hochleistungskunststoffen in den vergangenen Jahren. Testen ist ein zentrales Stichwort, denn die Lösungen, die dabei entstehen, sind nur in Zusammenarbeit mit den Kunden möglich. Auch deswegen ist Schneider dankbar dafür, dass bereits so viele auf ihn zugekommen sind. Denn klar ist: „Die Lösung wird Zeit benötigen.“ Sie wird Testläufe und Versuche erfordern. „Die Kunden können bei ihren Tests nicht wissen, warum etwas nicht funktioniert – das ist unsere Aufgabe.“ Aber umgekehrt können die Ingenieure nicht entwickeln ohne die Fehleranalyse vor Ort, wenn der Kompressor im Einsatz ist. „Mit unserem Know-how und unserer Technik können wir sehr viel im Vorfeld abschätzen und analysieren“, führt Schneider aus.
Eine Einschränkung, die sich Freudenberg Sealing Technologies dabei direkt selbst auferlegt, ist ein PFAS-freies Produkt, also eine Lösung ohne per- und polyfluorierte Chemikalien. „Wenn wir schon entwickeln, dann wollen wir auch von vorneherein die Chance ergreifen, sauber im Herstellungsprozess zu sein, inklusive der Herstellung der Werkstoffe“, erklärt Schneider. Das ist nur konsequent für einen Energieträger, dessen Versprechen ebenfalls die saubere Zukunft ist. Schneider ist sehr überzeugt, dass dieses Versprechen schon bald Realität wird: „Wasserstoff ist gekommen, um zu bleiben.“
Dieser Beitrag stammt aus unserem Unternehmensmagazin „ESSENTIAL“, in dem wir kontinuierlich über Trends und Schwerpunktthemen aus unseren Zielindustrien und -märkten berichten. Weitere Beiträge des Magazins finden Sie hier.
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