Sicherheitsnormen für Wasserstoffverdichter: Zertifizierungen

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Wasserstoffverdichter sind ein wesentlicher Bestandteil der Wasserstofftechnologie und -infrastruktur, da Wasserstoff sicher und effizient zum Endverbraucher gefördert werden muss. Angesichts des von Tag zu Tag drängenderen Klimawandels gilt Wasserstoff als wichtiger Baustein zur Bewältigung der Energiekrise. Der effiziente und sichere Betrieb von Wasserstoffverdichtern hängt jedoch auch davon ab, ob die von der Branche festgelegten Sicherheitsvorschriften und Akkreditierungsanforderungen eingehalten werden. Dieser Artikel behandelt die wichtigsten Ziele, Vorschriften und Zertifizierungsstellen, die für Wasserstoffverdichter gelten. Er erläutert bestehende Vorschriften, die öffentliche Einstellung zur nachhaltigen Nutzung wasserstoffbasierter Technologien, einschließlich der Risikominderung, sowie Maßnahmen, die den Übergang von „schmutzigen“ Energiequellen zu Wasserstoff voranbringen.

Einführung in die Sicherheit von Wasserstoffverdichtern

Wie wirksam ein Wasserstoffverdichter Gefahren verhindert, hängt unmittelbar davon ab, ob sich die Risiken durch Wasserstoffgas unter hohem Druck vermeiden lassen. Zu den zentralen Sicherheitsfragen gehören die Vermeidung von Leckagen, die Sicherstellung, dass die eingesetzten Werkstoffe nicht zu wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion neigen, sowie der Schutz vor Brand- und Explosionsgefahren. Die Sicherheit von Wasserstoffanlagen lässt sich auch durch verschiedene vorbeugende Maßnahmen gewährleisten, etwa durch die Sicherung der baulichen Integrität und die Einhaltung der Vorgaben aus ASME BPVC und ISO 19880-1. Diese Grundsätze enthalten hilfreiche Informationen zu Auslegung, Betrieb und Instandhaltung, die Gefahren minimieren und einen sicheren Betrieb der Wasserstoffverdichtungssysteme gewährleisten.

Die Bedeutung der Sicherheit bei der Wasserstoffverdichtung

Bei der Wasserstoffverdichtung wird ein entzündliches, leichtes Gas mit geringer Molekülmasse häufig unter hohem Druck verdichtet. Deshalb sind Sicherheitsverfahren wichtig, um Gefahren zu verhindern, die auch die Wirksamkeit des Prozesses beeinträchtigen können. Die geeigneten Werkstoffe für Verdichter und Rohrleitungen sind entscheidend, um bei der Wasserstoffverdichtung Spannungsrisskorrosion zu vermeiden. Sie entsteht durch Wasserstoffpermeation und schwächt die betreffenden Werkstoffe. Zunehmend kommen stattdessen fortschrittliche Verbundwerkstoffe und Metallpolymere zum Einsatz. Angesichts des vorhandenen Wasserstoffs müssen Volumenstrom und Aufwand im Rahmen des Sicherheitssystems kontrolliert werden, damit Überdruck nicht katastrophale Folgen hat.

Zu den Brand- und Explosionsgefahren zählen besondere Aspekte wie verbesserte Lärmminderung am Standort und Wasserstoffsensoren sowie zuverlässige Absperrventile. Die frühzeitige Erkennung von Leckagen gehörte zu den routinemäßigen Instandhaltungsmaßnahmen, da Wasserstoff ein kleines Molekül ist und selbst durch kleinste Öffnungen in der Anlagenstruktur leichter entweichen kann. Auch die Einhaltung internationaler Vorgaben, etwa des Sicherheitsmanagementsystems ISO/TS 19883 oder des Wasserstoff-Sicherheitscodes NFPA 2, fördert einen sicheren Betrieb. So lassen sich durchdachte Sicherheitsmaßnahmen umsetzen, die auf das jeweilige technische Verfahren der Wasserstoffverdichtung zugeschnitten sind.

Die Rolle von Wasserstoffverdichtern in der Wasserstoffwirtschaft

Wasserstoff ist der wichtigste Energieträger der Wasserstoffwirtschaft. Wasserstoffverdichter ermöglichen die Speicherung vor Ort, den Transport und die Verteilung und sind damit ein wesentlicher Bestandteil der gesamten Wasserstoffwirtschaft. Hochdruckverdichter werden vor allem eingesetzt, um Wasserstoffgas zu verdichten und unter hohem Druck in Behältern zu speichern oder durch Rohrleitungen beziehungsweise Tube-Trailer zu transportieren. Dabei soll der Wasserstoff auf eine praktikable Energiedichte gebracht werden, damit er für verschiedene Anwendungen genutzt werden kann, etwa in Brennstoffzellen, industriellen Prozessen und Energiespeichersystemen.

Wasserstoffverdichter sind strategisch wichtig, um den erwarteten weltweiten Ausbau erneuerbarer Energien zu unterstützen. Benötigt werden solche Anlagen beispielsweise für den Export von Wasserstoff, der meist mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen in Elektrolyseuren erzeugt wird. Dieser Wasserstoff wird häufig verdichtet, damit er in Speicher- und Transportsysteme, insbesondere in die Infrastruktur von Tankstellen, integriert werden kann. Die weltweiten technologischen Fortschritte haben zudem zu besseren Verdichterkonstruktionen geführt, insbesondere bei Membran- und Kolbenverdichtern. Diese sollen Wirkungsgrad und Lebensdauer verbessern und den Umgang mit Wasserstoff erleichtern, einem Gas mit geringer Molekülmasse und hoher Widerstandsfähigkeit gegen Wasserstoff.

Überblick über Sicherheitsnormen und Konformität

Für die sichere Erzeugung, den Transport und die Bereitstellung des Gases an geeigneten Orten sowie seine Weitergabe an andere Abnehmer müssen strenge Sicherheitsnormen und Vorschriften eingehalten werden. Organisationen wie die Internationale Organisation für Normung (ISO) und der European Integrated Hydrogen Safety Framework (EIHF) haben verschiedene Leitlinien zur sicheren Nutzung von Wasserstoff und zu dessen Entzündlichkeit und Diffusionsverhalten erarbeitet. ISO 19880-1 legt beispielsweise fest, wie Wasserstofftankstellen sicher zu betreiben sind, und enthält Anforderungen an den Umgang mit Wasserstoff, die Auslegung der Ausrüstung und das Standortmanagement.

Die National Gas Agency ist gemeinsam mit den für Arbeitsschutz zuständigen Behörden des jeweiligen Landes, beispielsweise der Occupational Safety and Health Administration (OSHA) in den Vereinigten Staaten, dafür verantwortlich, Sicherheitsmaßnahmen am Arbeitsplatz für Wasserstoffsysteme durchzusetzen und so mögliche Gefahren wie Überdruck und Leckagen zu minimieren. Dank neuer Technologien lassen sich viele Fehler inzwischen umgehend beheben, da moderne Alarme Wasserstoffgas sehr schnell erkennen. Werden diese Leitlinien nicht eingehalten, steigt das Risiko für Endanwender, und sie bleiben gegenüber Wasserstofftechnologien skeptisch.

Internationale und regionale Sicherheitsnormen

Zu den internationalen Normen der ISO gehört insbesondere die Normenreihe 19880. Sie enthält umfassende Anforderungen an Entwicklung und Verbesserung von Wasserstofftankstellen und beeinflusst damit weltweit den sicheren Betrieb und die Instandhaltung dieser Tankstellen. Auf EU-Ebene dienen die ATEX-Richtlinien der Europäischen Union als Sicherheitsmaßnahmen für Branchen, in denen unterschiedliche Ausrüstungen Beschäftigte gefährden können. Dazu zählen auch Wasserstoffsysteme, von denen Explosionsgefahren und weitere Sicherheitsrisiken ausgehen. In den Vereinigten Staaten gelten NFPA 2 und weitere Wasserstoffvorschriften sowie ASME-Normen zum Schutz von Druckbehältern. Diese Normen behandeln den Umgang mit und die Lagerung von Wasserstoff ausführlicher und sollen dessen sichere Nutzung und Lagerung gewährleisten.

ISO-Normen für Wasserstoffverdichter

ISO-Normen sind entscheidend für die Festlegung von Leistungs-, Zuverlässigkeits-, Betriebs- und Instandhaltungsparametern für Wasserstoffverdichter, die eine wichtige Komponente von Wasserstoffspeicher- und -verteilungssystemen sind. Zu den Normen für Wasserstoff gehört unter anderem ISO 19880-5. Sie behandelt vor allem Verdichter für Wasserstofftankstellen und umfasst Sicherheitsaspekte sowie Anforderungen an Leistungsprüfungen. ISO 15138 beschreibt außerdem allgemeine industrielle Verfahren für stationäre Verdichter zur Wasserstoffverdichtung und behandelt Themen wie Druckgrenzen, die Bedeutung der Werkstoffauswahl und Druckgrenzen im Zusammenspiel mit fehlerhaften Geräten.

Diese Normen sollen außerdem sicherstellen, dass solche Verdichter unter hohem Druck sicher arbeiten können, ohne dass Gefahren durch die Entzündlichkeit und Reaktionsfähigkeit von Wasserstoff entstehen. Die Einhaltung dieser internationalen Regeln erleichtert die weltweite Verbreitung bewährter Verfahren und ermöglicht technologischen Fortschritt. Zugleich fördert sie die Nutzung von Wasserstoff als umweltfreundlichem Energieträger.

API-Normen und ihre Anwendungsbereiche

Die Normen des American Petroleum Institute (API) spielen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Vorschriften für den sicheren Umgang mit Wasserstoff und ähnlichen Gasen in der Industrie. Sie umfassen ein breites Spektrum technischer Vorgaben, darunter Anforderungen an Konstruktion, Fertigung, Betrieb und Instandhaltung von Verdichtern und zugehörigen Systemen. API 618 legt beispielsweise Anforderungen an Kolbenverdichter fest und konzentriert sich auf Zuverlässigkeit, geringere Schwingungsneigung unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen und einen höheren Wirkungsgrad. API 619 behandelt Drehkolbenverdichter, vor allem Schrauben- und Flügelzellenverdichter, und stellt ebenfalls Anforderungen an Leistung und Lebensdauer dieser Maschinen.

In Branchen mit hohen Anforderungen an das Risikomanagement, etwa in der Energieerzeugung, der Raffination und der chemischen Verarbeitung, müssen alle einschlägigen Normen präzise und zuverlässig umgesetzt werden. Die Einhaltung dieser Normen beseitigt nicht nur Risiken im Betrieb, sondern verlängert auch die Lebensdauer der Ausrüstung und steigert oder erhält deren technische Effizienz. Werden diese Normen bei wasserstoffbezogenen Prozessen angewendet, sind die Verfahren auf allen Unternehmensebenen und unabhängig von Größe oder Standort darauf ausgelegt, Marktanforderungen wirksam zu erfüllen und Fortschritt und Entwicklung von Wasserstofftechnologien voranzubringen.

ASME-Vorschriften für die Wasserstoffverdichtung

Der ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) enthält Vorgaben für Auslegung, Fertigung und Prüfung von Druckbehältern und Rohrleitungen, die in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Wasserstoffverdichtungssystemen, eingesetzt werden. Für Wasserstoffanwendungen behandelt ASME Section VIII, Division 1 die Entwicklung von Druckbehältern, die den üblicherweise hohen Drücken bei der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff standhalten. Die Einhaltung von ASME B31.12 umfasst zudem wichtige Verfahren für den Bau von Wasserstoffrohrleitungen. Im Mittelpunkt stehen die Auswahl geeigneter Werkstoffe, die Dichtheit von Verbindungen und die Verringerung von Wasserstoffleckagen. Dies ist angesichts der Auswirkungen von Wasserstoff auf die Werkstoffstruktur wichtig, etwa durch freie Diffusionswege und Grenzen einer teilgeordneten Strömung.

Die ASME-Normen sind mehr als ein Regelwerk. Sie legen auch ein umfassendes Prüfsystem fest, das hydrostatische und in manchen Fällen pneumatische Prüfungen umfasst, um die Widerstandsfähigkeit der Geräte gegenüber Betriebsbelastungen zu prüfen. Neue Entwicklungen, etwa der Einsatz hochfester Werkstoffe und verschiedener Verbundwerkstoffe, fließen ebenfalls in die Modernisierung der ASME-Vorgaben ein, da Wasserstoffverdichtung für emissionsfreie Technologien benötigt wird. Diese Normen fördern zudem die gesellschaftliche Akzeptanz, indem sie Betriebsrisiken verringern und neue Verfahren für die sichere Nutzung von Wasserstoff einführen. So tragen sie mit Blick auf heutige Vorschläge zur Wirkungsgradsteigerung dazu bei, Wasserstoff als erneuerbaren Energieträger einzusetzen.

Branchenspezifische Anwendungen von Sicherheitsnormen für Wasserstoffverdichter

Für Wasserstoff, der in Brennstoffzellen zur Versorgung von Fahrzeugen und Kraftwerken eingesetzt wird, legen standardisierte Vorschriften Verfahren für die Installation und Instandhaltung von Kühlsystemen zur Wasserstoffspeicherung fest. Ebenso richten ambitionierte wirtschaftliche Ziele den Blick auf die wirtschaftliche Entwicklung und anschließend auf den Betrieb des Unternehmens selbst, einschließlich der Verarbeitung und der vom Dienstleistungssektor geprägten Branchen. Bei der Raffination und Ammoniakherstellung, in denen häufig Wasserstoffgase unter hohem Druck zum Einsatz kommen, gelten für Wasserstoff diese Sicherheitsvorschriften. Auch für den Einsatz von Wasserstoff als primärer Kraftstoff in den Antriebstechnologien der nächsten Generation ist die Einhaltung dieser Normen vorgesehen. Die strengen und umfassenden bewährten Verfahren senken Haftungsrisiken, verbessern die Funktionalität und fördern die Verbreitung wasserstoffbasierter Lösungen in verschiedenen industriellen Anwendungen.

Wasserstoffverdichtung im Energiesektor

Im Energiesektor ist die Wasserstoffverdichtung entscheidend, da sie eine saubere Verteilung von Wasserstoff ermöglicht. Fortschritte in der Wasserstoffverdichtungstechnik erlauben die Speicherung von Wasserstoffgas unter hohem Druck in Zylindern, Rohrleitungen und unterirdischen Speichern. Mit ausreichend Speichervermögen und geeigneter Systemauslegung lassen sich Transport und Verteilung zuverlässig umsetzen. Moderne Verdichtervarianten wie Membranverdichter, Verdichter mit ionischer Flüssigkeit oder Metallhydridverdichter berücksichtigen die Eigenschaften von Wasserstoff und steuern seine Zustandsmerkmale, etwa sein geringes Gewicht und seine Beweglichkeit.

Auch der wirksame Betrieb von Wasserstofftankstellen hängt unmittelbar von der Wasserstoffverdichtung ab. Ohne sie könnten Brennstoffzellenfahrzeuge nicht auf die erforderlichen Drücke von bis zu 700 bar betankt werden. Damit die Fahrzeuge schnell betankt werden können, setzt die Tankstelle effiziente Verdichtung ein und stellt zugleich die Dichtheit und Leistungsfähigkeit des Speichers sicher. Außerdem kann der Kanal installiert und genutzt werden, sofern er keine Anforderungen an den Brandschutz beeinträchtigt. Mit dem technologischen Fortschritt wird die Verdichterfertigung effizienter als in früheren Produktionsläufen. Dank dieser Fortschritte werden Verdichter der ersten Generation diesmal nicht mehr hergestellt.

Sicherheitsnormen für Transportanwendungen

Für den sicheren Wasserstofftransport müssen zahlreiche internationale und lokale Normen sowie bewährte technische Verfahren bei Auslegung, Bau, Instandhaltung und Betrieb von Speicher- und Fördersystemen konsequent eingehalten werden. Für Wasserstofftankstellen gelten beispielsweise Betriebsrichtlinien auf Grundlage von Normen wie ISO 19880-1, die eine schnelle und sichere Betankung von Fahrzeugen gewährleisten sollen. Weitere Vorgaben, etwa ASME BPVC Section VIII, enthalten konkrete Anforderungen an den Bau von Druckbehältern, damit diese bei der Speicherung von Wasserstoff unter hohem Druck zuverlässig funktionieren.

Um mögliche Gefahren zu minimieren, werden fortschrittlichere Technologien zur Leckageerkennung und Brandverhütung entwickelt, die die Reaktivität von Wasserstoff berücksichtigen. Um die mit der Wasserstoffnutzung verbundenen Risiken auf ein akzeptables Maß zu begrenzen, etwa das Bersten von Wasserstoffrohrleitungen unter hohem Druck, werden mögliche Ausfallszenarien einer Risikoanalyse und -bewertung unterzogen. Solche Prüfungen stützen sich häufig auf Leitlinien, die ausschließlich Werkstoffe empfehlen, die gegen typische Wasserstoffeinwirkungen wie Wasserstoffversprödung beständig sind.

Auch die Nutzung von Wasserstoff als Kraftstoff in Fahrzeugen ist streng reguliert. Normen wie SAE J2579 sollen die Sicherheit und Lebensdauer von Wasserstofftanks gewährleisten. Diese Richtlinie sieht verschiedene Prüfungen vor, darunter zerstörungsfreie Berstdruckprüfungen, Dichtheitsprüfungen und Prüfungen unter ungünstigen Umgebungsbedingungen. Damit soll sichergestellt werden, dass die Tanks innerhalb der festgelegten und erwarteten Betriebszustände arbeiten. Aufsichtsbehörden und Forschungseinrichtungen arbeiten weiterhin an der Verbesserung von Werkstoffnormen. Diese sind angesichts der aktuellen Veränderungen im Wasserstofffahrzeugsektor erforderlich, um eine einfache Bedienung und die nötigen Sicherheitsmaßnahmen zu gewährleisten.

Arten von Wasserstoffverdichtern in industriellen Anwendungen

Verdichtertyp	Wichtige Merkmale	Anwendungen	Vorteile	Einschränkungen
Membranverdichter	Ölfreie Verdichtung, Förderung hochreiner Gase	Labor, Brennstoffzellen, industrielle Anwendungen	Hohe Gasreinheit, zuverlässiger Betrieb	Begrenzter Volumenstrom
Kolbenverdichter	Verdichtung mithilfe von Hubkolben	Gasspeicherung, Transport, industrielle Anwendungen	Für hohe Drücke geeignet, robuste Konstruktion	Instandhaltungsintensiv, Schwingungsprobleme
Schraubenverdichter	Schraubenrotoren ermöglichen kontinuierliche Verdichtung	Chemische Verarbeitung, Wasserstoffbetankung	Ruhiger Betrieb, geringe Geräuschentwicklung	Auf mittlere Drücke begrenzt
Kreiselverdichter	Schnelllaufende Laufräder für die Verdichtung großer Volumenströme	Rohrleitungstransport, Anwendungen im großen Maßstab	Hoher Wirkungsgrad bei großen Volumenströmen	Für sehr hohe Drücke ungeeignet
Verdichter mit ionischer Flüssigkeit	Verdichtung mit ionischen Flüssigkeiten, keine Dichtungen erforderlich	Wasserstoffkühlung, Energiesysteme	Geringer Verschleiß, minimale Verunreinigung	Hohe Anschaffungskosten, begrenzte Marktakzeptanz
Elektrochemischer Verdichter	Elektrochemische Wasserstoffverdichtung für präzise Anwendungen	Brennstoffzellen, fahrzeugseitige Speicherung	Kompakt und energieeffizient für kleine Anwendungen	Begrenzte Verdichtungsleistung, langsamer Prozess

Zertifizierungsverfahren für Wasserstoffverdichter

Bei der Prüfung von Wasserstoffverdichtern müssen Anforderungen an Sicherheit, Umweltschutz und Qualität erfüllt werden. Das oben beschriebene Verfahren umfasst unter anderem folgende Schritte:

Konstruktionsprüfung: Die Konstruktion ist ein Teil der Prüfung. Ihre Überprüfung ist grundlegend, da bestimmte Spezifikationen erfüllt werden müssen, insbesondere im Bereich der Sicherheit. Dazu gehören beispielsweise die Druckbeständigkeit der Ausrüstung und der Einsatz wasserstoffgeeigneter Werkstoffe.
Konformitätsprüfung: Im zweiten Schritt werden Leistungs- und Qualitätsprüfungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass der Verdichter sicher und wirksam arbeitet und unter normalen wie auch extremen Bedingungen nicht ausfällt.
Zertifizierungen nach Normen: Für den Verdichter gelten bestimmte Anforderungen. Dazu gehört beispielsweise die Konformität mit ISO 19880-5 für Wasserstofftankstellen oder mit den ASME-Anforderungen für Druckbehälter.
Inspektion und Validierung: Prüfungen durch unabhängige Dritte umfassen auch die Inspektion des Fertigungsprozesses und Kontrollen, mit denen bestätigt wird, dass die hergestellten Anlagen den Konstruktionsvorgaben und geltenden Vorschriften entsprechen.
Dokumentation und Kennzeichnung: Nur zertifizierte Verdichter erhalten zugelassene Schilder und Kennzeichnungen, die die Einhaltung der vorgeschriebenen Anforderungen bestätigen.

Diese Schutzmaßnahmen müssen unbedingt befolgt werden, damit die Sicherheit und Betriebssicherheit von Wasserstoffverdichtern sowohl in industriellen Anwendungen als auch im Verbraucherbereich gewährleistet bleiben.

Zentrale Anforderungen an die Konformität

Das bedeutet auch, dass bei der Auslegung, Fertigung und Prüfung von Wasserstoffverdichtern mehrere spezifische Anforderungen erfüllt werden müssen, um die geforderten Normen einzuhalten:

Werkstoffauswahl: Alle Werkstoffe, die beim Bau des Verdichters verwendet werden, müssen eine hohe Beständigkeit gegen Wasserstoffangriff und Tieftemperaturversprödung aufweisen. Daher muss sichergestellt werden, dass die verwendeten Werkstoffe für den Einsatz unter Hochdruckwasserstoff geeignet sind. Dafür kommen hochgradig geprüfte, hochtemperaturbeständige Legierungen infrage.
Druckprüfung: Die Verdichter müssen einer Druckprüfung unterzogen werden, um sicherzustellen, dass sie den Drücken standhalten, denen sie voraussichtlich ausgesetzt sind. Dazu kann auch der maximal zulässige Betriebsdruck (MAWP) gehören. Die Prüfungen sollten mit international anerkannten hydrostatischen und pneumatischen Prüfverfahren durchgeführt werden.
Leckagekontrolle: Die Erkennung von Wasserstoffleckagen ist angesichts der sehr kleinen Moleküle und der hohen Entzündlichkeit von Wasserstoff besonders wichtig. Die geltenden Vorschriften verlangen hochentwickelte Leckagesensoren, die diffuse Emissionen erkennen und auf zulässige Werte begrenzen.
Redundante Sicherheitseinrichtungen: Schutzeinrichtungen, Druckentlastungsventile und Notfall-Scheibensicherungen kommen zum Einsatz, wenn plötzlich Betriebsbedingungen auftreten, die zu einem katastrophalen Ausfall führen könnten. Sie müssen außerdem überprüft werden, damit ihre einwandfreie Funktion unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt ist.
Kennzahlen zur Energieeffizienz: Um Energieverschwendung zu verringern und die Umweltbelastung zu minimieren, gelten für Gebäude Anforderungen an die Energieeinsparung. In diesem Zusammenhang müssen Verdichter mit Zusatzsystemen ausgestattet sein, die verbrauchte Energie zurückgewinnen, um diese Anforderungen zu erfüllen.
Prozessdokumentation: Sämtliche Prüfungen und Nachweisverfahren, Werkstoffzeugnisse und Qualitätskontrollen müssen bis ins Detail dokumentiert und in einer vollständigen Dokumentation zusammengestellt werden. Diese Unterlagen müssen den Anforderungen von Normenprüfern und anderen Zertifizierungsexperten entsprechen.

Mit solchen strengen Kontrollen stellen Hersteller sicher, dass ihre Wasserstoffverdichter, deren Installation und deren Leistung bei allen zulässigen anspruchsvollen Belastungen die Auslegungsanforderungen der Vorschriften vollständig erfüllen – unabhängig davon, ob es um Auslegung, Betrieb oder Reparatur geht.

Häufige Herausforderungen und Lösungen bei der Zertifizierung

Umgang mit komplexen Vorschriften Eine der größten Herausforderungen bei der Zertifizierung ist die weltweit unterschiedliche Auslegung von Verfahren und Leitlinien zur Erreichung der Konformität. So kann es beispielsweise vorkommen, dass bestimmte Vorgaben in ISO-Normen nicht mit lokalen Gesetzen und Vorschriften übereinstimmen. Abhilfe schafft ein anpassungsfähiges Konformitätsmanagement, das die Unterstützung erfahrener Regulierungsexperten mit einer modernen, benutzerfreundlichen Infrastruktur verbindet, die Änderungen verschiedener Normen systematisch nachverfolgt.
Überprüfung der Werkstoffverträglichkeit Häufig müssen Bauteile eingesetzt werden, die den Werkstoff in Wasserstoffverdichtern unter den anspruchsvollen Betriebsbedingungen nur sehr langsam angreifen. Dennoch besteht selbst unter diesen Bedingungen die Sorge, dass der Werkstoff während der Prüfung geschädigt wird. Mithilfe fortschrittlicher Software lässt sich diese Analyse durchführen und das Risiko verringern, indem potenzielle Fehler bereits in der Vorzertifizierungsphase erkannt werden.
Häufige Anpassungen von Prüfverfahren Zertifizierungsstellen überarbeiten häufig ihre Prüfverfahren und verpflichten Hersteller dadurch, ihre Prüfabläufe anzupassen. Dies kann auch Änderungen mit verbindlichen Fristen erforderlich machen, die betriebliche Verpflichtungen nach sich ziehen. Dem lässt sich entgegenwirken, indem Hersteller den Kontakt zu den zuständigen Stellen halten und regelmäßig interne Prüfungen durchführen. So können sie rechtzeitig erkennen, welche Änderungen an den Kontrollen vor Ablauf der Fristen zu erwarten sind.
Dokumentenverwaltung Bei der behördlichen Prüfung tritt häufig das Problem auf, dass nicht genügend Nachweisdokumente vorliegen. Dafür kann es verschiedene Gründe geben. Der Einsatz von Technologie unterstützt die Einhaltung von Richtlinien und Vorschriften und kann verhindern, dass ein Antrag wegen mangelnder Konformität oder Nichteinhaltung abgelehnt wird. In der heutigen globalen Praxis werden sämtliche Dokumente digital verwaltet und mit allen technischen Geräten genutzt.
Kostenmanagement während der Zertifizierung Zertifizierungsverfahren sind mit Kosten verbunden, etwa für zusätzliche Prüfungen und Beratungsleistungen sowie für die Optimierung der Werkstoffe. Ein stufenweises Vorgehen ist daher sinnvoll: Zunächst werden nur die kritischsten Komponenten zertifiziert, während weniger wichtige Prüfungen in angemessenen Abständen und im Rahmen des verfügbaren Budgets stattfinden.

Warum die Einhaltung von Sicherheitsnormen wichtig ist

Die Sicherheitsvorschriften für Wasserstoffverdichter müssen ebenso strikt eingehalten werden. Dies ermöglicht den sicheren Betrieb mit spaltbaren Stoffen, gewährleistet die Sicherheit, erfüllt behördliche Anforderungen und stärkt das Vertrauen in das System. Diese Normen legen Maßnahmen zur Bewertung der Wasserstoffrisiken fest – unabhängig davon, wo der Wasserstoff erzeugt wird oder ob er als Gas unter Druck vorliegt. Wie bereits erläutert, kommen Energiesysteme mit Wasserstoff bislang nur begrenzt zum Einsatz und weisen erhebliche Probleme auf, darunter Leckagen an Wasserstofftanks, eine unzureichende Druckbeständigkeit der Werkstoffe und in Extremfällen Explosionen.

Die einschlägigen Sicherheitsnormen von Organisationen wie der International Organization for Standardization (ISO), beispielsweise der Normenreihe ISO 19880, und der American Society of Mechanical Engineers (ASME) umfassen Vorgaben für Auslegung, Steuerung und Überwachung. Gemäß diesen Normen fertigen Hersteller Verdichter so, dass sie Wasserstoff nicht nur effizient verdichten, sondern auch vor bestimmten Wasserstoffgefahren warnen. Diese Normen machen Sicherheitsmaßnahmen besser nachvollziehbar und tragen dazu bei, dass Wasserstofftechnologien praktisch eingesetzt werden und die Nutzung sauberer Energie beschleunigt wird.

Betriebssicherheit und Effizienz verbessern

Eine wesentliche Voraussetzung für mehr Sicherheit und Produktivität bei Wasserstoffverdichtern ist die Auswahl geeigneter Werkstoffe. Aufgrund der geringen Größe und der Diffusionsfähigkeit von Wasserstoffmolekülen besteht das Risiko der Wasserstoffversprödung. Dabei werden Verdichterbauteile durch den dauerhaften Kontakt mit Wasserstoff geschädigt. Werkstoffe wie hochfeste austenitische Edelstähle, Werkstoffe auf Nickelbasis sowie Kupfer- und Titanlegierungen bieten bekanntermaßen eine höhere Beständigkeit gegen wasserstoffbedingte Rissbildung und verbessern dadurch die Einsatzfähigkeit.

Darüber hinaus wurden nichtleitende Werkstoffe wie verbesserte Polymerdichtungen entwickelt, die hohen Drücken und Temperaturen standhalten. Umfangreiche Untersuchungen und Bewertungen haben gezeigt, dass diese neuen Werkstoffe die betreffenden Anlagen vor Leckagen schützen und über einen langen Zeitraum wasserstoffbeständig sind. Werden solche Werkstoffe in neue Verdichterkonstruktionen integriert, lassen sich Risiken verringern und Zuverlässigkeit sowie Energieeffizienz verbessern – dank des aktuellen Stands der Wasserstofftechnologie.

Einhaltung von Vorschriften und Marktzugang

Die Einhaltung der geltenden Vorschriften ist für die Forschung und die Umsetzung des technologischen Potenzials von Wasserstoff-Kolbenverdichtern unerlässlich. Die Risiken während der Entwicklung machen es erforderlich, dass Hersteller die Kriterien verschiedener globaler Normen erfüllen, darunter die Anforderungen der ISO 19880-1 für Wasserstofftankstellen und die ASME-BPVC-Normen für Druckgeräte. Für die Zertifizierung von Wasserstofftechnologien sind außerdem regionale Vorschriften einzuhalten, etwa die Druckgeräterichtlinie (PED) in Europa und die Zertifizierungen des Department of Transportation (DOT) in den Vereinigten Staaten.

Weitere Hürden beim Marktzugang sind Marktanforderungen wie die CE-Kennzeichnung in der Europäischen Union oder UL-Listungen in Nordamerika, die den Nachweis der Sicherheit oder anderer Produkteigenschaften verlangen. Nach der Markteinführung können außerdem Zertifizierungen durch Dritte erforderlich sein, zum Beispiel von TUV und CSA, um Leistung und Vertrauenswürdigkeit auf internationalen Märkten nachzuweisen. Da Wasserstoff immer häufiger zur Unterstützung sauberer Energie eingesetzt wird, müssen auch diese Maschinen die entsprechenden Anforderungen erfüllen.

Darüber hinaus erfordert die Einbindung in Wertschöpfungsketten einen zuverlässigen Betrieb und die Einhaltung von Normen wie ISO 9001, um eine hochwertige Fertigung sicherzustellen. Hersteller, die ihre Wettbewerber übertreffen wollen, müssen die Bedeutung regulatorischer Angelegenheiten für die Entwicklung von Wasserstofftechnologien erkennen, denn die Ziele der Wasserstoffwirtschaft haben in den meisten Ländern zu politischen Änderungen geführt.

Quellen

Auslegung und Analyse einer Wasserstoffverdichtungs- und Speicherstation URL: Quelle
Programmatische Überlegungen des Department of the Navy zu Elementen der Produktunterstützung beim Einsatz von Wasserstoff als Kraftstoff URL: Quelle
Wasserstoffverdichter

URL: Quelle

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Welche wichtigen Sicherheitsnormen gelten für den Betrieb von Wasserstoffverdichtern?

Zu den sichersten Maßnahmen für den Schutz von Wasserstoffanlagen gehören Sicherheitsnormen mit industriellen Richtlinien, Brandschutzlösungen, Belüftung und explosionsgeschützten Geräten. Fachkräfte müssen üblicherweise die geltenden Klassifizierungsanforderungen einhalten, etwa die Gruppeneinteilung B nach NEC. Sie stellt sicher, dass Aufstellungsort, Verkabelung und Ausführung der zum jeweiligen Verdichter gehörenden Ausrüstung sicher sind. Leckageprüfungen, die Platzierung von Sensoren und die Kontrolle, ob die vorbereiteten Anschlüsse wie vorgesehen funktionieren, schützen das System vor Fehlfunktionen und möglichen zusätzlichen Zündquellen.

Wie wirkt sich die Auslegung von Gasverdichtern auf die Sicherheitssysteme und Schutzmaßnahmen für Wasserstoffverdichter aus?

Eine angemessene Instandhaltung ermöglicht den sicheren Betrieb von Gasverdichtern. Dazu gehören die Festlegung von Strömungsverläufen, Austritts- und Neutralisationsstellen sowie der erforderlichen Kapselungsmaßnahmen, um Zündquellen von brennbaren Stoffen fernzuhalten. Die passende Auswahl von Dichtmitteln, eine fachgerechte Montage und Leckageprüfungen tragen dazu bei, die im Prozess befindliche Wasserstoffmenge und die Korrosion von Bauteilen zu verringern. Die Auslegung sollte außerdem den Betrieb der Maschine gemäß ihrer Temperaturklasse, geeignete Anschlussmethoden nach NEC und den Einsatz von Kabeln in explosionsgefährdeten Bereichen vorsehen, um jegliches Funkenrisiko zu begrenzen.

Welche bewährten Verfahren sichern die Konformität bei der Wasserstoffverdichtung und Gasrückgewinnung?

Bewährte Verfahren sehen vor, auf Unregelmäßigkeiten in Rohrleitungssystemen zu reagieren und an Ein- und Austritten von Wasserstoffgasleitungen Rückschlagventile gegen Rückströmung einzubauen. Dazu gehört auch der Einsatz von Hydranten, Kränen und anderen Geräten, die Personen in unmittelbarer Nähe der Anlagen oder ihrer nicht isolierten Teile keinen Stromschlägen aussetzen. Ein solcher Notfallmechanismus soll verhindern, dass der Ball von einer Flüssigkeitsansammlung verschluckt oder überwältigt wird. Jede unveränderte explosive Trommel (etwa Fahrerkabinen auf gefüllten Trommeln, katastrophale Transformatoren, Wasserspender usw.), die Wasserstoff enthält, muss nach den vorgesehenen smetischen Verfahren transportiert, gelagert und verwendet werden.

Welche Sicherheitssysteme werden empfohlen, um Zündung und Explosionen im Umfeld des Verdichters zu verhindern?

Es ist ratsam, auf Nummer sicher zu gehen und möglichst umfassende Sicherheitseinrichtungen vorzusehen, darunter Überwachungssysteme mit hochentwickelten Flammen- und Gasdetektoren. Beim Umgang mit Wasserstoff müssen diese Einrichtungen oder Systeme auch explosionsgeschützte elektrische Geräte, geeignete Belüftungs- und Absaugvorrichtungen sowie bereits vorgesehene Abluft- und Entlüftungsleitungen umfassen. Zu den weiteren Schutzmaßnahmen gehören Dichtungen, Flachdichtungen und Befestigungselemente, die ausdrücklich für den Einsatz mit Wasserstoff geeignet sind und regelmäßig überprüft werden, um zu verhindern, dass Probleme eine brennbare Atmosphäre entstehen lassen.