Wasserstoffversprödung: Superlegierungen anfälliger für Wasserstoff als vermutet
Ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für nachhaltige Materialien(öffnet im neuen Fenster) in Düsseldorf, der Universität von Hunan, China, und der Technischen Universität Ostchina hat bei Versuchen mit hohen Temperaturen und hohem Druck bisher nicht beobachtete Schwächen von sogenannten Superlegierungen entdeckt. Diese Legierungen bestehen neben Metallgemischen, häufig auf Nickelbasis, auch aus Carbiden, Kohlenstoffsalzen, um eine hohe Festigkeit zu erreichen.
Die ist nötig für eine zukünftige Nutzung von Wasserstoff als Energieträger, sofern man ihn zur direkten Verbrennung in Gasturbinen und Flugzeugtriebwerken einsetzen möchte. Wasserstoffmoleküle setzen sich wegen ihrer geringen Größe in Metallgittern fest und senken nach und nach deren Festigkeit. Das Material kann bei hoher Belastung leichter brechen, man spricht von Wasserstoffversprödung.
Superlegierungen sollten dies verhindern und Versuche bei Raumtemperatur zeigten bisher, dass Wasserstoff keine Schäden verursacht.
Enges Temperaturfenster problematisch
Laut dem Forschungsteam fehlten bisher Erkenntnisse zum Verhalten des Wasserstoffs bei hohen Temperaturen. Man ging davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit für eine Einlagerung unter diesen Bedingungen generell geringer sei.
Die Studie, die in Nature Materials(öffnet im neuen Fenster) veröffentlicht wurde, zeigt dies auch. Untersuchungen bei 600 bis 1.000 °C verliefen ohne größere Auffälligkeiten.
Bei 400 °C und einem Druck von 2 Megapascal hingegen lagerte sich Wasserstoff in der Legierung ein, an Fehlstellen der Carbide. Anschließend bildete sich aus Wasserstoff und dem vorhandenen Kohlenstoff Methan. Die gefangenen Gasmoleküle im Metall erzeugen dabei einen enorm hohen Druck im Bereich des Hundertfachen im Vergleich zum üblichen Druck bei der Verbrennung.
Das enge Temperaturfenster könnte vor allem für Turbinen problematisch werden, die regelmäßig an- und ausgeschaltet werden und dabei immer wieder die 400-°C-Marke überqueren. Weitere Untersuchungen sollen folgen, weil auch andere Werkstoffe mit Carbiden versetzt sind, um eine hohe Festigkeit zu erreichen.
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