DVS-Studie „Fügetechnik für die neue Wasserstoffökonomie – Werkstoffe, Schweißtechnologien, Perspektiven“

DVS-Studie „Fügetechnik für die neue Wasserstoffökonomie – Werkstoffe, Schweißtechnologien, Perspektiven“

Die Studie gibt einen Überblick über die Aspekte der Fügetechnik und ihrer Bedeutung in Wasserstofftechnologien. Dazu werden die Grundlagen der Technologiefelder Wasserstofferzeugung, -speicherung, -transport und -nutzung vorgestellt und der Stand der Technik der fügetechnischen Fertigung von Komponenten in Wasserstofftechnologien zusammengefasst.

Dabei werden nicht nur exklusiv Metalle betrachtet. Anhand repräsentativer Beispiele aus der Praxis, Forschung und Entwicklung wird die Bedeutung der Fügetechnik in Wasserstofftechnologien klar herausgestellt und mögliche Perspektiven für die Zukunft abgeleitet. Hier ist ersichtlich, dass Fügetechnologien wesentliche Bedeutung für die erfolgreiche Umsetzung von technischen Komponenten der Wasserstofftechnologien haben, von der Erzeugung bis zur Anwendung. Aus gesamtwirtschaftlicher Sicht umfassen die Schwerpunkte bzw. Trends der Fügetechnik dabei: die Erstellung neuer Infrastruktur für Wasserstoffspeicherung und -transport sowie die sichere Umnutzung der bestehenden Erdgasinfrastruktur. Bei der Wasserstoffanwendung wird die effiziente massentaugliche Produktion von Brennstoffzellen immer wichtiger. Es ist zudem klar ersichtlich, dass die Additive Fertigung bereits jetzt ein hohes Potential für Komponenten von Wasserstofftechnologien besitzt und dieses wachsen wird.

Aus den perspektivischen Anwendungen ergeben sich zudem Herausforderungen und Forschungsbedarfe für die notwendigen nationalen und internationalen Regelwerke und technischen Normen. Schwerpunktmäßig sind hierbei die bereits bestehenden Empfehlungen und kodifizierten Regeln vollständig zu adaptieren und in die Aus- und Weiterbildung von fügetechnischem Fachpersonal einzubetten.

Hingtergrund der Studie:

Die Begrenzung der globalen Erderwärmung ist eine der großen Herausforderungen der internationalen Staatengemeinschaft in den nächsten Jahrzehnten. Vor diesem Hintergrund kommt der Defossilisierung und der verstärkten Nutzung von Wasserstoff als Speichermedium und Energieträger eine herausragende Rolle zu.

Deutschland hat sich verpflichtet, eingegangene Klimaschutzvereinbarungen einzuhalten. Diese können nur durch grundlegend neue Verhaltensweisen und Maßnahmen erreicht werden. Neue Technologien leisten einen wesentlichen Beitrag dazu.  Deutschland, als eine der führenden Industrienationen, ist darüber hinaus im Rahmen der Energiewende stetig herausgefordert, seine internationale Wettbewerbsfähigkeit hinsichtlich Klimaschutztechnologien zu steigern und auch künftig als bedeutender Treiber und Impulsgeber zu fungieren. Ambition der Bundesregierung ist dabei, Deutschland als einen der weltweit führenden Anbieter von Technologien zur Gewinnung, Speicherung, Weiterleitung und Nutzung von Wasserstoff zu etablieren. Mit gezielten Maßnahmen sollen dabei die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen in diesem zukunftsträchtigen Technologiefeld gestärkt werden. Eine verstärkte Nutzung von Wasserstofftechnologien wird maßgeblich dazu beitragen, künftig Wertschöpfung, Beschäftigung, Steueraufkommen und damit Wohlstand und gesellschaftliche Entwicklung zu sichern.

Entsprechend der von der Bundesregierung formulierten „Nationalen Wasserstoffstrategie“ sollen ökologische und ökonomische Ziele zugleich verfolgt werden. Diese sind nur mit entsprechender Unterstützung von Forschung, Entwicklung, Innovation und Qualifizierung zu realisieren. Hierbei kommt der Fügetechnik eine Schlüsselrolle zu. Gelingt es zum Beispiel, mit ihrer Hilfe eine sichere und funktionsfähige Infrastruktur für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff zu schaffen oder eine massentaugliche Produktion von Brennstoffzellen sicherzustellen, werden die Anforderungen an die Fügetechnik in diesem Bereich kontinuierlich steigen.

Einen umfassenden Überblick über den aktuellen Forschungsbedarf zum Thema „Fügetechnik für die neue Wasserstoffökonomie“ bietet die vorliegende Studie. Sie wurde von der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS in Auftrag gegeben, um die Bedeutung der Fügetechnik und ihrer Perspektiven für dieses Geschäftsfeld zu ermitteln. Sie stellt dar, inwiefern spezifische Werkstoffe und Schweißtechnologien in der Erzeugung, Speicherung, im Transport und in der Nutzung von Wasserstoff relevant sind.

Inhaltsverzeichnis (Überblick):

• Einleitung
• Wasserstoff - Erzeugung, Transport, Speicherung, Nutzung
  • Wasserstofferzeugung / Power-to-Gas
  • Speicherung
  • Wasserstofftransport
  • Wasserstoffnutzung
• Fügetechnik in Wasserstofftechnologien
  • Fügetechnik in der Wasserstofferzeugung
    • Elektrolyseure
    • Zusammenfassung – Trends in der Wasserstofferzeugung
  • Fügetechnik in der Wasserstoffspeicherung
    • Druckspeicher
    • Flüssiggas-Speicher und -leitungen
    • Kavernenspeicher und Peripheriekomponenten
    • Zusammenfassung – Trends in der Wasserstoffspeicherung
  • Fügetechnik im Wasserstofftransport (Schwerpunkt)
    • Rohrleitungen und Prüfung
    • Schweißen von höherfesten Güten für Wasserstoffpipelines
    • Rohr-Rohr-Schweißverbindungen für Wasserstoffpipelines
    • Rohrstähle in H₂-Erdgasmischungen
    • Kunststoffrohre
    • Zusammenfassung – Trends im Wasserstofftransport
  • Fügetechnik in der Wasserstoffnutzung (Schwerpunkt)
    • Laserstrahlbasierte Fertigungsprozesse für Brennstoffzellen
    • Technologien für die Serienfertigung von Brennstoffzellen
    • Endverbrauchsgeräte
    • Zusammenfassung
  • Additive Fertigung für Wasserstoff-Technologien
    • 3.5.1 Beispiele
    • Zusammenfassung
  • Regelwerke/Normen/Aus- und Weiterbildung
• Zusammenfassung und Fazit
• Verzeichnisse