Ein wachsender Wasserstoffmarkt?

Schraubenkompressoren finden in vielen Anwendungen Verwendung. (Foto: MAN Energy Solutions)

MAN Energy Solutions (MAN ES) produziert seit über 70 Jahren Schraubenkompressoren. Die Schraubenkompressoren des Unternehmens wurden 1974 erstmals in einer Wasserstoffanwendung in einer Raffinerie im Nahen Osten eingesetzt.

Nun hat das Unternehmen einen neuen – und potenziell riesigen – Wasserstoffmarkt für seine Technologie gefunden.

„Das Unternehmen hat kürzlich zwei Aufträge für seine Schraubenkompressortechnologie für Wasserstoffelektrolyseurprojekte erhalten“, sagte Dirk Woeckener, Vertriebsleiter Schraubenkompressoren bei MAN ES.

Ein Projekt ist ein 200-MW-Elektrolyseur in Frankreich und ist Teil der Entwicklung eines Sektors für erneuerbaren und kohlenstoffarmen Wasserstoff, um zur Dekarbonisierung der Industrie in der Region Nordfrankreich beizutragen.

Woeckener sagte, MAN-Schraubenkompressoren würden mit Kolbenkompressoren gekoppelt – eine Kombination, die die Stärken beider Technologien vereinen werde.

„Der Volumenstrom des Schraubenkompressors bietet viele Möglichkeiten, ist aber hinsichtlich des Förderdrucks begrenzt“, erklärte Woeckener. „Je nach Anforderung wird häufig eine Kombination aus Schrauben- und Kolbenkompressor eingesetzt. Der Schraubenkompressor wird bei relativ hohem Volumenstrom direkt nach einem Elektrolyseur im Niederdruckbetrieb platziert. Diese Anordnung vermeidet die Notwendigkeit eines Kolbenkompressors mit einem Kolbendurchmesser von mindestens einem Meter. Da der Schraubenkompressor den Volumenstrom direkt nach dem Elektrolyseur reduziert, erzeugt der Kolbenkompressor den hohen Förderdruck.“

Innenansicht eines Schraubenkompressors . (Foto: MAN Energy Solutions)

Woeckener sagte, das Unternehmen verzeichne großes Interesse aus der Branche an seiner Technologie .

„Das ist eine neue Geschäftsmöglichkeit für uns“, sagte Woeckener. „Wir haben neben den beiden Aufträgen viele Studien gesehen und zahlreiche Anfragen erhalten. Es ist noch viel in der Pipeline.“

Vorteile der Technologie

Die ölfreien Schraubenkompressoren von MAN werden in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt, darunter in der Chemie- und Petrochemieindustrie sowie in der Stahlherstellung. Laut Woeckener sind sie für den Betrieb unter schwierigen Bedingungen, wie beispielsweise mit verunreinigten Gasen, ausgelegt.

„Sie sind eine ideale Lösung für den Umgang mit stark verschmutzten und kritischen Gasen “, sagte Woeckener. „Wir können eine große Menge Wasser einspritzen – mehr, als verdunsten würde –, sodass wir flüssiges Wasser im Kompressor haben, das ihn vor Partikeln schützt.“

„Dieselbe Technologie wird auch bei Wasserstoffanwendungen eingesetzt, nicht etwa wegen des verschmutzten Gases, sondern um die Effizienz aufgrund des niedrigen Molekulargewichts zu steigern“, erklärte Woeckener.

Woeckener erwähnte, dass die beiden Baureihen der Schraubenkompressoren des Unternehmens – CP und SKUEL – Volumenströme zwischen 200 und 100.000 Kubikmetern pro Stunde erreichen. Die CP-Baureihe ist für höhere Drücke bis zu 52 bar und mittlere Volumenströme bis zu 20.000 Kubikmetern pro Stunde ausgelegt. Die SKUEL-Baureihe bietet einen Förderdruck bis zu 16 bar und eignet sich für hohe Volumenströme bis zu 100.000 Kubikmetern pro Stunde.

„Der Schraubenkompressor ist eine ideale Lösung für einen Wasserstoff-Elektrolyseur, da er die Vorteile von Kolben- und Radialkompressoren vereint“, so Woeckener. „Wie der Kolbenkompressor ist er eine Verdrängermaschine, wodurch wir Vorteile hinsichtlich niedriger Molekulargewichte erzielen können, da wir hohe Druckverhältnisse pro Verdichterstufe erreichen. Im Gegensatz zu Kolbenkompressoren, deren Ventile Verschleiß unterliegen und die zudem oszillierende Massen aufweisen, besitzen Schraubenkompressoren – ähnlich wie Radialkompressoren – ausschließlich rotierende Teile. Dies führt zu einer sehr hohen Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb, vergleichbar mit der eines Radialkompressors. Diese Maschinen können drei bis fünf Jahre ohne Unterbrechung laufen.“

Dichtungstechnologie

Obwohl MAN ES über umfangreiche Erfahrung im Umgang mit Wasserstoff verfügt, hat sich das Unternehmen entschieden, seine Dichtungstechnologie für den Einsatz in Elektrolyseuren zu verbessern.

„Wir bieten Dichtungen aller Art für verschiedene Anwendungen an“, sagte Jan Schnitzler, Leiter der Entwicklungsabteilung für Schraubenkompressoren bei MAN ES. „Dazu gehören Trockendichtungen, Gleitringdichtungen, Kohlenstoffringe und Labyrinthdichtungen. Für Wasserstoffanwendungen haben wir in Zusammenarbeit mit unseren Dichtungslieferanten eine neue Dichtungskonstruktion entwickelt.“

Schraubenkompressoren können in vielen Anwendungen eingesetzt werden. (Foto: MAN Energy Solutions)

Dieses neue Dichtungskonzept bietet mehrere Vorteile. Im Betrieb garantiert die Dichtung die vollständige Emissionsfreiheit von Wasserstoff. „Darüber hinaus entfällt die Notwendigkeit von Stickstoff oder anderen Gasen oder Flüssigkeiten als Puffer“, so Schnitzler. „Es gelangt also nur Wasser in den Wasserstoff, und dieser bleibt vollkommen rein.“ Die Dichtung kann in der Regel das für die Elektrolyseure benötigte Wasser nutzen, was vorteilhaft ist, da es ohnehin vorhanden ist.

„Besondere Vorsicht ist uns bei der Leitfähigkeit geboten, da diese spezielle Anforderungen stellt, aber im Allgemeinen können wir fast das gleiche Wasser verwenden“, sagte Schnitzler.

Schnitzler hob außerdem hervor, dass die Leckage bei der neuen Dichtungstechnologie „minimal ist, wodurch die Betriebskosten niedrig bleiben“.

Die Zukunft des Wasserstoffs

Woeckener sagte, dass mit dem Wachstum der Wasserstoffwirtschaft auch mehr Einsatzmöglichkeiten für Schraubenkompressoren entstehen werden.

„Beim Thema Wasserstoff sprachen die meisten nur von Kolbenkompressoren“, sagte Woeckener. „Ich denke, Kolbenkompressoren werden auch weiterhin eine wichtige Rolle bei der Wasserstoffkompression spielen, da sie relativ günstig, effizient und am Markt etabliert sind.“

Die Herausforderung beginnt bei größeren Fördermengen, da diese größere Kolben und einen höheren Wartungsaufwand erfordern. Ab einem Durchmesser von etwa einem Meter wird die Wartung anspruchsvoll und kostspielig.

„Schraubenkompressoren sind eine sehr sinnvolle Alternative für Volumenströme ab etwa 8000 Kubikmetern pro Stunde“, sagte Woeckener. „Wir sehen derzeit Anwendungen im Bereich von 50 bis 300 MW, aber auch Anfragen für noch größere Projekte, die sich für Schraubenkompressoren eignen.“

Woeckener erwähnte außerdem, dass das Unternehmen bei noch größeren Wasserstoffmengen mit zukünftigen Anwendungen für Zentrifugalkompressoren rechnet, beispielsweise in Pipeline-Kompressoren. Aktuell in Entwicklung befindliche Elektrolyseurprojekte sind auf lokale Verteilungsnetze und nicht auf die Versorgung von Pipelines ausgerichtet.

Sobald die Wasserstoffproduktion deutlich gesteigert wird, so Woeckener, werden alle Arten von Kompressortechnologien benötigt.

„Der Bedarf an Wasserstoff ist so groß und es ist ein so schwieriges Molekül, dass ich denke , dass alle Arten von Kompressoren notwendig sein werden, um diese Anforderungen zu erfüllen“, sagte Woeckener.