5 Fragen an… Christoph Bleicher

Herr Bleicher, Wasserstoff als Energieträger wird immer wichtiger. Steigen damit nicht auch die Anforderungen an Werkstoffe?

Doch. Bereits geringe Wasserstoff-Anteile können zu einer Versprödung von Bauteilen führen. Konkret führt Wasserstoffeinwirkung zu einer starken Reduzierung der Schwingfestigkeit von Materialien sowohl im Zeit- als auch im Langzeitfestigkeitsbereich.

Wie gelangen Sie zu einer Bewertung wasserstoffbedingter Einflüsse auf Bauteile?

Wir versuchen, das quasi-statische und zyklische Werkstoffverhalten zu beschreiben – und zwar einsatzabhängig. Nur so kann ausgeschlossen werden, dass aufgrund von Unkenntnis ein frühzeitiges Versagen von Bauteilen und Systemkomponenten auftritt. Mithilfe der individuellen Analyse- und Versuchskonzepte am Fraunhofer LBF lassen sich Werkstoffe und Bauteile für die Wasserstoffwirtschaft zuverlässig hinsichtlich ihrer Beanspruchbarkeit und Lebensdauer bewerten. Wir tun das seit mehreren Jahren mit speziellen Versuchseinrichtungen zur Durchführung von kraft- und dehnungsgeregelten Versuchen unter Druckwasserstoff mit Gasdrücken von 10 bis 50 bar.

Können Sie ein konkretes Beispiel nennen?

Nehmen wir Komponenten aus Edelstahl. In einem Forschungsprojekt wurde der Einfluss von Druckwasserstoff auf das zyklische Werkstoffverhalten des Edelstahls 1.4521, X2CrMoTi18-2, untersucht. Dazu wurden dehnungsgeregelte Versuche unter 50 bar Druckwasserstoffbeaufschlagung durchgeführt. Die Auswertung der ermittelten Wechselverformungskurven verdeutlicht, dass das Versagen unter dem Medium Druckwasserstoff im Vergleich zum Versuch an Luft eher unvermittelt und ohne eine ausgeprägte Anrissphase auftritt.

Das heißt, ohne Vorwarnung durch gewisse technische Hinweise?

Richtig. Ohne einen erkennbaren Einbruch der Spannung kommt es zum schlagartigen Versagen der Werkstoffprobe bei deutlich geringerer Lebensdauer. Diese Änderung der Materialeigenschaften, insbesondere eine Erhöhung der Sprödigkeit, wird durch das Eindringen und die Einlagerung von Wasserstoff in dem Metallgitter verursacht, der bekannten Wasserstoffversprödung. Für einen Anwender kann das unter Umständen fatale, ja dramatische Folgen haben. Übrigens: Der Wasserstoff ist mit diesen Auswirkungen nicht alleine. Auch biogene und synthetische Kraftstoffe tragen zu korrosiven Umgebungsbedingungen bei.

Welche Konsequenzen haben Ihre Untersuchungsergebnisse?

Durch unsere Untersuchungen können relevante Schädigungsmechanismen identifiziert und Kennwerte zur Modellbildung und zur Ableitung von geeigneten Bemessungskonzepten für Wasserstoff-beaufschlagte Bauteile ermittelt werden.