Energie- und Umwelttechnik

Klimaneutral produzierter Wasserstoff ist ein Schlüsselelement des globalen Energiewandels, unabhängig davon, ob er als Rohstoff für industrielle Anwendungen, als Treibstoff für Brennstoffzellen oder als Ausgangsmaterial für synthetische Energieträger verwendet wird. Die Handhabung von Wasserstoff stellt jedoch hohe Anforderungen an metallische Konstruktionsmaterialien. Daher sind neue oder verbesserte Materialien erforderlich, die umfassend charakterisiert werden müssen. Denn Wasserstoff kann die Festigkeit, die Dehnbarkeit und die Lebensdauer von Metallen reduzieren, sobald er in diese eindiffundiert. VDM Metals unterstützt bereits innovative technologische Konzepte für die Produktion, Speicherung, den Transport und die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger und als Rohstoff für klimafreundliche Kraftstoffe.

Reines Nickel in Bandform aus VDM® Nickel 201 wird zur Herstellung von Kathoden für alkalische Elektrolyse verwendet. Hochtemperaturwerkstoffe, die sich bereits in herkömmlichen Anwendungen (z.B. VDM® Alloy 602 CA, VDM® Alloy 601, oder VDM® Alloy 699 XA) bewährt haben, können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden; beispielsweise wurden sie bereits in der Produktion von grauem Wasserstoff genutzt. Ein weiteres interessantes Anwendungsfeld für diese Materialien wäre Wasser-Gas-Shift Reaktionen zur Herstellung von Synthesegas aus Wasserstoff und Kohlendioxid. Dieses Gas kann dann beispielsweise mit Hilfe des Fischer-Tropsch-Prozesses verwendet werden, um wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie oder synthetische Kraftstoffe herzustellen. VDM® Alloy 36 zeichnet sich durch einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aus und ist für den Transport und die Lagerung von flüssigem Wasserstoff geeignet.

Wasserstoff ist als nachhaltiger Energieträger der Zukunft sehr wichtig. Die Produktion und Nutzung von Wasserstoff spielt daher eine entscheidende Rolle. VDM Metals bietet auch für verschiedene Prozesse in diesem Bereich geeignete Materialien an. Einige Materialien werden für die Hochtemperatur-Elektrolyse eingesetzt: Eine Festoxid-Elektrolysezelle (SOEC) erzeugt aus Strom und Wasser – besonders klimafreundlich mit stromerzeugten erneuerbaren Energien – Wasserstoff. Eine Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) funktioniert genau andersherum, indem sie elektrische Energie aus Wasserstoff und atmosphärischem Sauerstoff erzeugt. Aufgrund ihrer Größe und einer Wirkungsgrad von etwa 85 % eignet sich die Festoxid-Brennstoffzelle besonders gut zur dezentralen Energieversorgung von Gebäuden, Handel, Gewerbe und Fabriken. Sie kann flexibel mit Wasserstoff, Biogas oder Erdgas betrieben werden. Mit VDM^® Crofer 22 H und VDM^® Crofer 22 APU, VDM Metals hat Materialien sowohl für Brennstoff- als auch für Elektrolysezellen entwickelt, die inzwischen weltweit als Maßstab dienen.

Die Nutzung der Sonnenenergie zur Erzeugung von Elektrizität kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Fotovoltaik-Module sind ein weit verbreitetes Beispiel und werden sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich zum Erzeugen von Elektrizität eingesetzt. Aber es gibt auch andere Möglichkeiten, insbesondere in Regionen mit mehr als 3.000 Stunden Sonnenschein pro Jahr (wie Südspanien, Nordafrika oder Kalifornien, USA), wo solare thermische Kraftwerke zum Einsatz kommen. Diese Kraftwerke konzentrieren das Sonnenlicht mit Tausenden von Spiegeln auf Rohrsysteme (Solarabsorber), in denen die Strahlung durch ein Wärmeträgermedium – Wärmeöl, Dampf oder flüssiges Salz – absorbiert wird. Über einen Wärmetauscher treibt Dampf eine Dampfturbine inklusive Generator an, um grüne Elektrizität zu produzieren. CSP-Kraftwerke können auch in Form von Solartürmen realisiert werden. In diesem Fall sind die Spiegel um einen Turm angeordnet, an dessen höchstem Punkt sich der Absorber befindet. Wenn in den Rohrsystemen ein geschmolzenes Salz als Wärmeträgermedium verwendet wird, kann es Temperaturen über 500°C erreichen. Diese hohen Temperaturen, kombiniert mit oft hoch korrosiven Medien, erfordern die Verwendung von Hochtemperaturmaterialien wie VDM.^® Legierung N06230 oder VDM® Alloy 625, unter anderem.

Materialien von VDM Metals werden zwar nicht in den Zellen selbst, aber in der Herstellung von polykristallinem Silizium, dem Grundmaterial für polykristalline Solarzellen, eingesetzt. Hier durchläuft das Grundmaterial einen komplexen Produktionsprozess, bei dem die Temperatur über 1.000 °C (1.832 °F) ansteigen kann. Das Design entsprechender Reaktoren erfordert zunehmend die Verwendung von Hochtemperaturmaterialien wie VDM® Alloy N08120.

Biomasse kann in fester, flüssiger und gasförmiger Form zur Erzeugung von Strom und Wärme sowie zur Produktion von Biokraftstoffen verwendet werden. Sie erzeugt weniger CO₂ Emissionen als fossile Brennstoffe wie Steinkohle oder Erdöl. Die Rückführung des Stoffe das Einbringen von in Biomasse enthaltenen Stoffen in die Stoffkreisläufe macht deren Verarbeitung besonders herausfordernd, was wiederum für die Anlagen, in denen diese Prozesse stattfinden, schwierig ist. 

Einerseits wird im laufenden Prozess Gas erzeugt, das zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Andererseits werden wertvolle Ressourcen wie Phosphor zurückgewonnen und können wieder in den Stoffkreislauf eingespeist werden. Die Anlagen benötigen robuste Materialien, die hitze-, druck- und oxidationsbeständig sind. VDM Metals bietet vielseitige Materialien an und ist damit der Partner der Wahl für die Entwicklung und Erweiterung alternativer Energien. Einer der Prozesse beinhaltet die Wiederverwertung von Klärschlamm durch Heizen der nassen Masse in überkritische Wasser, das in Synthesegas aufgespalten wird. Alle festen Bestandteile des Klärschlamms, wie Mineralien, Schwermetallsalze und Phosphor, werden durch diesen modernen Prozess zurückgewonnen, was auch besondere Materialien von VDM Metals erfordert, einschließlich VDM^® Alloy 602 MCA, da hier Temperaturen von mehr als 600 °C (1.122 °F) und Drücke von bis zu 250 bar erforderlich sind.

Der in Offshore-Windparks erzeugte Strom muss oft über sehr weite Strecken geleitet werden. Die höheren Strommengen führen dazu, dass Hochspannungsleitungen sich aufheizen und durchhängen. Dieses Durchhängen kann durch die Verwendung von VDM verhindert werden^® Alloy 36 Powerline. Dieses Hochleistungsmaterial reduziert die thermische Ausdehnung um den Faktor vier bei hoher mechanischer Festigkeit, sodass der übertragene Leistungsbetrag erhöht werden kann. Was die Stromverteilung betrifft, bedeutet dies: Da die Freileitungen eine größere Kapazität haben, wird auch die Kapazität des Stromnetzes erhöht.

Geothermie oder Erdwärme ist die Wärmeenergie, die unterhalb der festen Erdoberfläche vorhanden ist – je tiefer man in die Erde vordringt, desto wärmer wird es. Es gibt verschiedene Prozesse und Anwendungen zur Nutzung der natürlich verfügbaren geothermischen Energie.

Geothermische Kraftwerke werden gebaut, um diese Energie zur Stromerzeugung zu nutzen. In diesen Anlagen wird heißes, unter Druck stehendes Wasser über Rohre aus tiefen, warmen Schichten, sogenannten Aquiferen, nach oben gepumpt. Typische Tiefen: 3.000 bis 5.000 m (~9.800 bis 16.400 ft). Für jeden 100 Meter (328 ft) an Tiefe steigt die Temperatur etwa um 3 °C (37,4 °F). An der Oberfläche überträgt das Wasser seine Wärme auf ein Wärmeträgermedium, das verdampft und eine Turbine und einen Generator antreibt. Die Zusammensetzung der Gesteinsschichten und die hohen Temperaturen erfordern spezielle Materialien für die langen Rohr- und Pumpanlagen. Materialien von VDM Metals, wie VDM® Alloy 625, sind speziell für diesen Zweck entwickelt.

Die technologischen Anforderungen an Hochleistungswerkstoffe für stationäre Turbinen sind vergleichbar mit denen für Flugtriebwerke. Auch hier sind die besonderen Eigenschaften von Nickellegierungen erforderlich, um eine sichere Prozesssteuerung und die höchstmögliche Effizienz der Anlagen sicherzustellen. VDM^® Legierung 617, VDM^® Legierung 75 und VDM^® Legierung C-263 werden für verschiedene Bauteile in stationären Gasturbinen eingesetzt. Dazu gehören Brennkammern, Ringblöcke, Dichtungsbauteile und Innenteile sowie die Übergangszone zwischen Brennkammer und Turbine.

Um den strengeren Vorschriften der Internationalen Seeschifffahrts-Organisation (IMO) zu entsprechen, sind saubere Abgase für Schiffsflotten unerlässlich geworden. Rauchgasreinigungsanlagen bieten eine wirtschaftliche und umweltfreundliche Lösung, die Schwefloxide aus den Schiffsabgasen entfernt und dazu beiträgt, die Luft und Umwelt sauber zu halten.

• Erfahren Sie hier mehr über Rauchgasentschwefelungsanlagen.

Drahtgewebe aus Nickel-Kupfer- oder Nickel-Mangan-Legierungen werden als Katalysatoren in der Abwasserbehandlung und Bakterienentfernung eingesetzt. Sie erzielen ihre Wirkung entweder durch die von Kunden durchgeführten Oberflächenbehandlungen oder allein durch ihre legierte Zusammensetzung.

Kernenergie wird oft als Brückentechnologie gesehen. Sicherheit und Zuverlässigkeit sind die Grundpfeiler der Kernkraftgewinnung. VDM Metals bietet passende Materialkonzepte für alle Aspekte der Kernenergieproduktion, von der Anlagenplanung und Wiederaufarbeitung von Brennelementen bis hin zur Instandhaltung und Reparatur.^® Legierung 690, VDM NeutroShield^® und VDM FM 52i^® sind Materialien, die typischerweise in der Kraftwerksbau und in der Wiederaufarbeitung eingesetzt werden. VDM Metals führt umfangreiche Präzisionsprüfungen an jedem einzelnen Produkt gemäß den individuellen Kundenanforderungen durch, um sicherzustellen, dass sie die erforderlichen mechanischen und korrosionsbeständigen Eigenschaften aufweisen und damit zur sicheren und zuverlässigen Produktion von Kernenergie beitragen.