Fraunhofer IWM beschleunigt Wasserstofftests für Werkstoffe

Die Sicherheit von Bauteilen hängt stark von Materialtests ab. Ein neues Prüfverfahren bildet komplexe Wasserstoffbedingungen im Labor wirtschaftlich nach.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM hat ein Prüfverfahren vorgestellt, mit dem sich die thermomechanische Ermüdung von Werkstoffen unter Wasserstoffeinfluss effizienter bestimmen lassen soll. Ziel ist es, die Sicherheit und Lebensdauer von Bauteilen in wasserstoffhaltigen Verbrennungsprozessen verlässlicher zu bewerten.

Im Zentrum des Ansatzes sind sogenannte Hohlproben, durch deren Inneres Wasserstoff strömt. Gleichzeitig werden die Proben von außen mit Temperaturwechseln sowie wechselnden Zug‑ und Druckbelastungen beaufschlagt. Auf diese Weise lassen sich Wasserstoffdruck, Temperatur und mechanische Belastungen unabhängig voneinander variieren, teilt das Institut mit.

Versuche hätten gezeigt, dass mit dieser Methode sowohl Prüfungen bei konstanter Temperatur als auch unter wechselnden thermischen Bedingungen möglich seien. Damit könnten unterschiedliche Betriebszustände von Turbinen und Motoren im Labormaßstab nachgebildet werden.

Datenbasis für Werkstoffwahl und Simulation

Die dabei gewonnenen Daten zu Spannung, Dehnung und Lebensdauer dienen den Angaben zufolge als Grundlage für die Auswahl geeigneter Werkstoffe und die Auslegung von Bauteilen. Zudem fließen sie in Werkstoffmodelle ein, die bei der Simulation von Bauteilen eingesetzt werden.

Nach Angaben der Forschenden lassen sich die Auswirkungen von Wasserstoff auf Werkstoffe so schneller und wirtschaftlicher bewerten. Das ermögliche gezieltere Entscheidungen bei der Konstruktion von Bauteilen für wasserstoffhaltige Verbrennungsprozesse.

Die Beimischung von Wasserstoff zu fossilen Brennstoffen gilt als Übergangstechnologie, um Großmotoren und Gasturbinen klimafreundlicher zu betreiben, ohne bestehende Anlagen vollständig ersetzen zu müssen. Mit steigendem Wasserstoffanteil wachsen jedoch die Anforderungen an die eingesetzten Materialien, da Wasserstoff die Ermüdungsfestigkeit zusätzlich verringern kann.