Große Fortschritte für kleinste Moleküle

Die Nutzung von Wasserstoff ist für Baker Hughes keine neue Angelegenheit: Das Unternehmen baute seinen ersten Wasserstoff-Kolbenkompressor bereits in den 1910er Jahren. Dank dieser langjährigen Erfahrung auf diesem Gebiet leistete das Unternehmen Pionierarbeit bei der Energiewende, indem es frühzeitig die Möglichkeiten des Wasserstoffs erkannte und seitdem Quantensprünge gemacht hat .

Raimondo Giavi, Vizepräsident für Wasserstoff bei Baker Hughes, erklärte, dass die Wasserstoffstrategie des Unternehmens verschiedene Aspekte umfasst: „Zunächst entwickeln wir natürlich unsere konventionellen Produkte zur Wasserstoffkompression und -handhabung kontinuierlich weiter. Neben Kompressoren, in deren Bereich unsere Kompetenzen auf über 100 Jahre zurückreichen, verfügen wir über Antriebsmaschinen wie die erste kommerziell nutzbare Gasturbine, die zu 100 % mit Wasserstoff betrieben wird.“

Die industriellen Turbinen NovaLT16 wurden in der Wasserstoff-Testanlage von Baker Hughes in Florenz auf ihre Eignung für den Betrieb mit Wasserstoffgemischen bis hin zu 100 % getestet.

„Wir sollten jedoch andere Komponenten nicht vergessen, die für eine sichere und effiziente Nutzung von Wasserstoff sehr wichtig sind: in erster Linie Pumpen und Ventile, aber auch alles, was mit Sensortechnik, Überwachung und Diagnose zu tun hat, die in diesem speziellen Bereich von zentraler Bedeutung sind.“

Der zweite Aspekt ist die Standardisierung und Modularisierung des Produktportfolios : „Dieser Ansatz ist in diesem Markt von grundlegender Bedeutung, da die größte Hürde bei der Entwicklung der Wasserstoffproduktion, der Infrastruktur und der Handhabung die Kosten sind. Es versteht sich von selbst, dass die Standardisierung von Komponenten für einen modularen Ansatz wesentlich zur Kostensenkung beiträgt.“

Ein weiterer Schwerpunkt von Baker Hughes liegt in der Entwicklung von Lösungen zur kohlenstoffarmen Wasserstoffproduktion : „Wir investieren in Technologien wie Methanpyrolyse, Anionenaustauschmembranen (AEM), Festoxid-Elektrolysezellen (SOEC) und testen Methanplasma-Technologie im Feld“, so Giavi. „Wir bezeichnen diese Lösungen als Generation 2 und 3. Sie bauen auf etablierten Technologien auf und tragen dazu bei, Kosten zu senken, die Effizienz zu steigern und die Anwendung im Sinne der Energiewende zu skalieren.“

Baker Hughes unterzeichnete 2023 eine Vereinbarung mit ADNOC, um den Einsatz innovativer Lösungen aus dem Wasserstoffportfolio von Baker Hughes zu untersuchen und in Pilotprojekten zu erproben.

Die Zusammenarbeit umfasst die Entwicklung von Elektrolyseurtechnologie der nächsten Generation, um die Möglichkeit der Installation und des Betriebs eines Elektrolyseurs im ADNOC Research and Innovation Center (ADIRC) in Abu Dhabi zu untersuchen; Feldtests der Methanplasmatechnologie zur Abscheidung von Kohlenstoff in Form von hochwertigem Graphen und Wasserstoff in den Anlagen von ADNOC Gas; sowie die Erprobung der Methanpyrolysetechnologie zur Herstellung von Wasserstoff mit niedriger Treibhausgasintensität.

Die Zusammenarbeit baut auf ADNOCs Zusage von 15 Milliarden US-Dollar für Dekarbonisierungsprojekte bis 2030 auf.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, den Baker Hughes untersucht, ist die Wartung und der Service. Laut Giavi wird der Kundendienst für Wasserstoffprodukte derzeit noch etwas vernachlässigt, da diese Technologien neu sind und sich nur wenige Unternehmen bereits mit dem Thema After-Sales-Service auseinandersetzen. Anders Baker Hughes: Das Unternehmen entwickelt einen speziellen Wartungsansatz für Wasserstoffprodukte, basierend auf den Erfahrungen aus langjähriger Wartung konventioneller Komponenten.

Laut Giavi: „Die grundlegenden Servicepraktiken bleiben im Wesentlichen gleich, aber die Anwendung digitaler Lösungen bietet unglaubliche Möglichkeiten. Eine Wasserstoffwirtschaft stellt eine nahezu völlig unbeschriebene Seite dar, auf der man experimentieren und die sich daraus ergebenden besten Lösungen übernehmen kann.“

Im Rahmen der Wasserstoffstrategie von Baker Hughes stellte die offizielle Einweihung der neuen Wasserstoff-Testanlage vor einigen Monaten einen wichtigen Meilenstein dar.

Die Wasserstoff-Testanlage wurde zur Validierung der industriellen Turbinen NovaLT16 für den Betrieb von Gemischen bis hin zu 100 % Wasserstoff genutzt.

Die neue Anlage umfasst einen Prüfstand für Volllasttests mit voller Brennstoffflexibilität bis hin zu 100 % Wasserstoff und bietet einen Druck von 300 bar sowie eine Wasserstoffspeicherkapazität von 2.450 kg. Diese Infrastruktur, die höchsten Sicherheitsstandards entspricht, ermöglicht es Baker Hughes, Turbinen unter allen Projektbedingungen zu testen und den Kunden so mehr Betriebssicherheit zu bieten.

Giavi erklärte, die NovaLT16-Gasturbine für den Betrieb mit 100 % Wasserstoff verfüge über ein neues Drei-Kanal-Verbrennungssystem, das es ermögliche, die Brennstoffmischung im laufenden Betrieb und unter jeder Last anzupassen.

„Besonders beeindruckend ist, dass diese Turbine dank einer speziellen Flammensteuerung direkt mit reinem Wasserstoff gestartet werden kann“, fügte er hinzu. „Wasserstoffflammen sind sehr flüchtig, daher ist der Kaltstart etwas schwieriger zu handhaben als bei Gas.“

Ein weiteres Merkmal der NovaLT16 für den Betrieb mit 100 % Wasserstoff ist die separat von der Turbine montierte Brennstoffmischanlage. Giavi erklärte, diese Mischanlage wäre überflüssig, wenn die Gasturbine mit reinem Wasserstoff ohne Erdgas-Backup betrieben werden könnte. Ein solcher Fall ist derzeit noch in weiter Ferne, abgesehen von wenigen Projekten zur Wasserstoffproduktion, bei denen die Versorgung kein Problem darstellt.

„Ein Beispiel dafür ist der neue Netto-Null-Wasserstoffenergiekomplex von Air Products in Edmonton in der kanadischen Provinz Alberta. Baker Hughes hat Air Products bereits mit fortschrittlicher Wasserstoffkompressions- und Gasturbinentechnologie, einschließlich NovaLT16-Turbinen, beliefert.“

Was die Wasserstoffkompression betrifft, erwähnte Giavi bereits die Anfänge der Kolbenkompressoren von Baker Hughes für Wasserstoff zu Beginn des 20. Jahrhunderts. „In jüngerer Zeit war Baker Hughes jedoch der erste, der mit der Entwicklung von Zentrifugalkompressoren speziell für Wasserstoff begann“, sagte er.

Derzeit sind bei Wasserstoff-Zentrifugalkompressoren die HPRC-Kompressoren (Hochdruckverhältniskompressoren) der zweiten Generation im Einsatz. Die Entwicklung der dritten Generation dieser Kompressoren, die die Wasserstoffkompressionsindustrie revolutionieren dürften, ist bereits im Gange.

Die Wasserstoff-Zentrifugalkompressoren der dritten Generation von Baker Hughes folgen dem Standard-Grunddesign der herkömmlichen Zentrifugalkompressoren des Unternehmens, jedoch werden ihre physikalischen Grenzen maximal ausgereizt.

Laut Giavi ist eines der Designziele für die Kompressoren der 3. Generation die Reduzierung der Stellfläche: „Wir sind vom Standarddesign unserer Radialkompressoren ausgegangen und haben deren physikalische Grenzen ausgereizt. Tatsächlich können wir durch Beibehaltung der gleichen Baugröße und Verdopplung der Drehzahl des Verdichterrads die verarbeitete Wasserstoffmenge deutlich erhöhen und höhere Kompressionsgrade erreichen.“

„Höhere Geschwindigkeiten führen jedoch zu erheblichen Belastungen der Werkstoffe. Daher die Wahl von Werkstoffen wie unkonventionellen Speziallegierungen und die Anwendung einiger anderer Maßnahmen.“

Giavi erklärte abschließend, dass die Wasserstoff-Testanlage am Hauptsitz von Baker Hughes in Florenz nur der erste Schritt zur Verwirklichung eines Wasserstoffdorfes sei.

Die Wasserstoffspeicheranlage der Baker Hughes Wasserstoff-Testanlage in Florenz liefert Brennstoff für Turbinentests; das Unternehmen plant, in Zukunft eine eigene Anlage zur Produktion von grünem Wasserstoff zu errichten.

Giavi merkte an, dass eine der größten Herausforderungen für die zukünftige Wasserstoffentwicklung der Mangel an Normen und Vorschriften für den Umgang mit Wasserstoff im urbanen Raum sei. Derzeit existieren lediglich die für Raffinerien, Düngemittelwerke und ähnliche Anlagen geltenden Regelungen.

„Derzeit werden in vielen Ländern Wasserstoffprojekte gestartet, die alle ihren eigenen Weg zu gehen scheinen. Es fehlt uns an einem gemeinsamen Ansatz für den Wasserstoffhandel und einem standardisierten System für die Wasserstoffzertifizierung , oder zumindest an festgelegten Parametern, die eine Angleichung der Zertifizierungen verschiedener Länder ermöglichen.“