Å sikre at materialer i hydrogenverdikjeden har tilfredsstillende mekaniske egenskaper og ytelse i hele den planlagte levetiden – også kalt materialintegritet – er avgjørende for både sikkerhet og økonomi. Dette krever nøye vurdering av materialvalg og design av infrastruktur for produksjon, lagring, transport og sluttbruk av hydrogen.
FME HYDROGENi har gjennomført en studie hvor de har kartlagt hvilke materialer som er i kontakt med hydrogen og ammoniakk i hydrogenverdikjeden. De har også kartlagt og hvilke kjente utfordringer og kunnskaps-gap som finnes knyttet til hvordan materialene responderer på å bli eksponert for hydrogen og ammoniakk. Dette har de gjort i nært samarbeid med industripartnerne som har bidratt ved å delta i en spørreundersøkelse fulgt opp med intervju.
Kan gi hydrogensprøhet og skade metaller
På lik linje med hydrogen er ammoniakk (NH3) en energibærer, men ammoniakk må spaltes for å produsere hydrogen som igjen kan brukes som "drivstoff”.
– Vi vet at både hydrogen og ammoniakk kan forårsake degradering av metaller, og at hydrogen, og kanskje også ammoniakk, kan skade polymer, sier Vigdis Olden, seniorforsker ved SINTEF.
Hydrogen kan tas opp i metaller som atomer og forårsake såkalt hydrogensprøhet, som reduserer materialets evne til å deformere seg. Dette vil påvirke levetiden ved at det lettere kan føre til brudd og utmatting. Ammoniakk på sin side kan forårsake korrosjon.
Polymere kan få reduserte mekaniske egenskaper på grunn av opptak hydrogenmolekyler, og er også utsatt for såkalt dekompresjonsbrudd ved plutselig trykkfall i gass.
– Ulike materialer oppfører seg forskjellig når de utsettes for hydrogen. For å forebygge brudd, utmatting og degradering i infrastruktur er det derfor helt avgjørende at man velger riktige materialer. Dette vil forlenge levetiden og bedre sikkerheten til infrastrukturen, sier Vigdis Olden, seniorforsker ved SINTEF.
Materialer i produksjon av hydrogen
Undersøkelsene og intervjuene viser eksempelvis at økt levetid av komponenter i elektrolysører for hydrogenproduksjon står høyt på ønskelisten til industripartnere. En utfordring her er eksempelvis hvordan man kan unngå hydrogensprøhet i stålplater i de elektrokjemiske cellene.
Et annet interessant tema er om påføring av oksider på overflaten av de metalliske komponentene kan bidra til å beskytte mot korrosjon på grunn av ammoniakk. Det nevnes også at det vil være gunstig kostnadsmessig, samt føre til enklere håndtering om flere komponenter i elektrolysørene kan produseres i polymer i stedet for stål. Finnes det polymere som kan egne seg til det?
Materialer i transport av hydrogengass
Det er velkjent at de mekaniske egenskapene til metalliske materialer i rørledninger for gasstransport kan forringes av hydrogen. Et sentralt spørsmål er derfor om en kan unngå eller redusere mengden av hydrogenatomer som trenger inn i metallet.
– Vil for eksempel tilstedeværelsen av urenheter som O2 og CO i H2-gassen kunne forme et stabilt oksidsjikt på ståloverflaten som vil beskytte stålet mot å absorbere hydrogen? Og hva med polymer som finnes på innsiden av transportledninger (såkalt flow coating), vil det tåle påvirkningen av hydrogen eller vil det brytes ned og gå inn i gass-strømmen? spør Vigdis Olden.
Det er mange forhold å ta hensyn til i utforming av hydrogeninfrastruktur og valg av materialer. Undersøkelsen FME HYDROGENi har gjort kartlegger kjente utfordringer og kunnskapsgap som finnes for de ulike materialene som er i kontakt med hydrogen og ammoniakk.
De som ønsker å vite mer om temaet kan ta kontakt med HYDROGENi ved Vigdis Olden.
