Effekt der H₂-Verbrennung auf die Beständigkeit von Wärmedämmschichten im Bereich des Heißgastrakts von Gasturbinen

Die Verbrennung von Wasserstoff (H₂) als reines Brenngas oder Beimischung wurde als nachhaltige Lösung für die Reduzierung der CO₂-Ausstöße aus herkömmlichen fossilen Brennstoffen identifiziert und bietet sich darüber hinaus als Strategie an für eine Reduzierung der Abhängigkeit der aktuellen Wirtschaft von Kohlenwasserstoffbrennstoffen. Ein weiterer Vorteil beim Einsatz von H₂ als Energieträger ist die Möglichkeit, ihn als Energiespeicher zu nutzen. Jedoch folgen aus einer Verbrennung von Gasen mit hohem Wasserstoffanteil oder reinem Wasserstoff Konsequenzen für die Korrosion bzw. Oxidation der Komponenten, die der Verbrennungsatmosphäre ausgesetzt sind. Insbesondere führt die Verbrennung von reinem Wasserstoff zu einer signifikanten Erhöhung des Wassergehaltes im Abgasstrom. Bei modernen Gasturbinen sind es Wärmedämmschichtsysteme, die in direktem Kontakt zur Verbrennungsatmosphäre stehen. Diese Schutzschichtsysteme werden aus einer keramischen Schicht plus einer Haftvermittlerschicht auf die metallischen Werkstoffe der Turbinen aufgebaut. Infolge des erhöhten Wasserdampfgehaltes ist zu erwarten, dass sich auf der Haftvermittlerschicht andere Oxidations- und Korrosionsprodukte bilden und die Wachstumskinetik beschleunigt wird, und es zu einer verringerten Haltbarkeit der Turbinenbauteile kommt.

Diese Veränderungen im Korrosionsprozess und deren Auswirkungen auf die Lebensdauer der Komponenten sind bisher jedoch kaum untersucht und stellen den Untersuchungsgegenstand dieses Projekts dar. Als Ziel gilt es, eine systematische Untersuchung der Auswirkungen solcher Änderungen auf die Lebensdauer von Wärmedämmschichtsystemen auf rotierenden und stationären Turbinenkomponenten vorzunehmen. Dazu werden industriell relvante Schichtsysteme in verschiedenen Oxidationsversuchen einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre bei hohen Temperaturen ausgesetzt und anschließend detailliert mikrostrukturell und hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden Lösungsstrategien erarbeitet, um die Haftvermittlerschichten für die veränderten Anforderungen einer Wasserstoffverbrennung anzupassen und hinsichtlich ihrer Oxidationsbeständigkeit zu optimieren.