Wasserstoff

Ein Weg zur Wasserstoffherstellung ist die Hochtemperaturelektrolyse. Dafür werden Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) entwickelt, deren Elektrolyseur zumeist aus einem keramischen Sauerstoffionenleiter (ZrO₂) und Elektrodenschichten besteht, die gemeinsam gesintert werden. Das HTL besitzt langjährige Erfahrungen bei diesem Co-Firing. Die vorhandenen ThermoOptischen Messanlagen (TOM) und Sintermodelle eignen sich hervorragend zur In-situ-Messung und Optimierung von Co-Firing-Prozessen. Darüber hinaus wurden spezielle kristallisierende Glaslote mit angepassten Ausdehnungskoeffizienten entwickelt, mit denen die SOFC abgedichtet werden. Aktuell wird außerdem untersucht, inwiefern keramische Materialien als Elektrodenmaterialien in alkalischen Elektrolyseprozessen eingesetzt werden können.

Wenn Wasserstoff als Energieträger im Transportsektor eingesetzt wird, müssen Volumen und Gewicht der Tanks sorgfältig minimiert werden. Das HTL ist an der Entwicklung besonders leichter Wasserstofftanks beteiligt. Das Prinzip beruht auf dem Einsatz kugelförmiger Inliner aus wasserstoffdichten Polymeren, die mit Kohlenstofffaserbündeln umwickelt werden, um den Druck auf den Inliner aufzunehmen. Durch die Kugelform lassen sich die Spannungen gleichmäßig (isotensoid) verteilen und die Wandstärken und damit das Gewicht der Tanks signifikant absenken. Die robotergestützte Wickeltechnik wurde am HTL entwickelt. Das HTL verfügt auch über zerstörungsfreie Methoden zur Produktkontrolle von Wasserstofftanks. Diese beruhen auf einer Computertomographie-Anlage, mit der Bauteile bis zu einem Durchmesser von 700 mm untersucht werden können.

Das HTL verfügt über einen Messofen (TOM_metal), mit dem Wärmeprozesse in Wasserstoffatmosphären bis zu Temperaturen von 1800°C durchgeführt werden können. Dimensionsänderungen können in situ gemessen werden. Der Ofen wird z.B. zur Optimierung pulvermetallurgischer Sinterprozesse eingesetzt. Auch Auslagerungsversuche oder Reduktionsprozesse in wasserstoffhaltigen Atmosphären können in TOM_metal durchgeführt werden.

Außerdem wurde am HTL ein weiterer Messofen (TOM II) entwickelt, mit dem die Atmosphären, die bei der Verbrennung von Wasserstoff oder von Wasserstoff/Erdgas-Mischungen entstehen, flexibel nachgestellt werden. In TOM II können reduzierende, inerte oder oxidierende Atmosphären genutzt werden. Gewichts- und Dimensionsänderungen werden während der Wärmebehandlung gemessen. TOM II wird zur In-situ-Messung von Sinterprozessen in wasserstoffbeheizten Öfen und für Untersuchungen zum Korrosionsverhalten von Hochtemperaturmaterialien unter Wasserstoffeinwirkung eingesetzt. Korrosionsphänomene können im Anschluss an die Auslagerung durch Gefügeanalysen und thermodynamische Berechnungen aufgeklärt werden. Die Optimierung der Sinterprozesse unter Wasserstoff- bzw. Wasserdampfatmosphären erfolgt mit den etablierten Sintermodellen des HTL. Mit Hilfe digitaler Ofenzwillinge kann das HTL industrielle Wärmeprozesse mit Wasserstoff als Energiequelle auslegen.

Am HTL werden außerdem Silizium-freie hochtemperaturbeständige EBC-Schichten (Enviromental Barrier Coatings) entwickelt, wie sie für Anwendungen bei der Wasserstoffverbrennung benötigt werden.