Sicherheit unter Hochdruck: Zuverlässige Dichtungen für Wasserstoffsysteme

H₂-Druckbehälter mit hochwertigen Dichtungen – minimierte Leckraten für maximale Sicherheit. (Bildquelle: Angst+Pfister AG)

Zuverlässige Abdichtungslösungen sind ein entscheidender Faktor in Wasserstoffsystemen – sie verhindern Leckagen, erhöhen die Sicherheit und verlängern die Lebensdauer von Anlagen.

Man stelle sich einen Wasserstoffspeicher mit 700 bar vor. Ein kaum wahrnehmbares, nahezu lautloses Leck kann Druckverluste verursachen, Anlagenstillstände auslösen oder im schlimmsten Fall eine Entzündung begünstigen. Ob Sicherheit gewährleistet ist oder ein Risiko entsteht, entscheidet sich häufig an Bauteilen, die nur wenige Millimeter groß sind: Dichtungen.

Wasserstoff gilt als zentraler Energieträger der Zukunft – für Mobilität, stabile Netze und die Dekarbonisierung energieintensiver Industrien. Doch sein Erfolg hängt maßgeblich von der Integrität der Komponenten ab, die ihn einschließen. Versagt die Abdichtung, gerät der Hochlauf ins Stocken. Zuverlässige Dichtsysteme sind daher kein Detail, sondern eine Schlüsseltechnologie für den Übergang vom Pilotprojekt zur Serienproduktion. In Anwendungen von –40 °C bis +150 °C und bei Drücken bis zu 1.000 bar kann bereits ein Mikroleck Energieverluste, Sicherheitsrisiken und Systemausfälle verursachen. Entscheidend sind optimal abgestimmte Werkstoffe und Konstruktionen.

Hochdruck-H₂-Druckbehälter mit optimierten Ventil- und Flanschdichtungen (Bildquelle: AdobeStock / Fokke Baarssen)

Hier setzt der Dichtungshersteller Angst+Pfister mit speziell entwickelten Lösungen an. Diese sind darauf ausgelegt, Wasserstoffpermeation, extremen Drücken, Temperaturschwankungen und Rapid Gas Decompression (RGD) standzuhalten – und auch unter anspruchsvollsten Bedingungen ein hohes Maß an Sicherheit zu gewährleisten.

Wasserstoff als Materialherausforderung

Das Abdichten von Wasserstoffsystemen ist technisch anspruchsvoll. Als kleinstes Molekül dringt Wasserstoff leichter durch Werkstoffe als andere Gase. Entsprechend streng sind die Anforderungen an Leckageraten und Toleranzen. Gleichzeitig erhöht die hohe Entflammbarkeit in Luft das Risiko: Schon geringe Undichtigkeiten können Zündungen, Explosionen oder Druckentlastungen auslösen. Die möglichen Folgen reichen von Personengefährdung bis zu erheblichen Infrastrukturschäden.

Komponenten in Elektrolyseuren, Brennstoffzellen, Kompressoren, Speicherbehältern sowie Ventilen und Anschlüssen müssen daher unter extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren:

Drücke bis 1.000 bar
Temperaturbereiche von –40 °C bis +150 °C
Trockene Betriebsbedingungen bei dynamischen Dichtungen
Sehr niedrige zulässige Leckageraten
Dauerhafte Exposition in 100 % Wasserstoff
Belastungen durch Rapid Gas Decompression (RGD) und Wasserstoffversprödung

Federbelastete Dichtungen (Bildquelle: Angst+Pfister AG)

Speziell entwickelte Werkstoffe und Geometrien

Um den spezifischen Eigenschaften von Wasserstoff gerecht zu werden, beginnt die Optimierung auf molekularer Ebene. Spezialisierte Elastomere wie FKM, EPDM und HNBR sowie Hochleistungsthermoplaste wie PTFE und UHMW-PE werden gezielt so ausgelegt, dass sie Diffusion, Extrusion und RGD widerstehen.

Doch die Materialwahl allein genügt nicht. Erst in Kombination mit applikationsspezifischen Geometrien – etwa O-Ringen, PTFE-Lippendichtungen, federvorgespannten Profilen oder Stützringen – entsteht ein System, das unter Druck zuverlässig abdichtet, Extrusion minimiert und über weite Temperaturbereiche stabil bleibt.

Federbelastete Dichtungen (Bildquelle: Angst+Pfister AG)

Jede Lösung wird in einer 100%igen Wasserstoffumgebung geprüft und validiert. Die Prüfprotokolle umfassen Tests auf Permeation, Leckage, Alterung, Haltbarkeit und RGD – bei Drücken bis 1.000 bar. Ergänzt durch spezialisierte Labore und externe Zertifizierungen entsteht eine belastbare Sicherheitsbasis, die über gängige Standards hinausgeht.

Das Portfolio zeichnet sich durch extrem geringe Wasserstoffpermeation und hohe RGD-Beständigkeit aus, validiert nach NORSOK M-710 und ISO 23936-2. Hinzu kommen breite Temperaturstabilität, Eignung für statische wie dynamische Anwendungen sowie hohe Extrusionsbeständigkeit auch bei anspruchsvollen Druckzyklen. Optimierte Geometrien für Ventilsitze, Gehäuse, Anschlüsse, Kompressoren und Brennstoffzellen tragen zusätzlich zu Effizienz und Langlebigkeit bei.

Durch die Verbindung von Hochleistungswerkstoffen, maßgeschneiderten Designs und wasserstoffspezifischer Testvalidierung entstehen Lösungen, die bestehende Sicherheitsanforderungen nicht nur erfüllen, sondern weiterentwickeln.

Validierte Leistung in der Praxis

Reale Tests sind entscheidend, um Leckagen zuverlässig zu verhindern. Die entwickelten Dichtungssysteme basieren auf wasserstoffspezifischen Prüfverfahren mit klar messbaren Ergebnissen: sehr niedrige Permeationswerte, RGD-Beständigkeit und stabile Performance unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen. Interne Prüflabore sowie externe Zertifizierungen schaffen Transparenz und Vertrauen – für höhere Betriebssicherheit, längere Standzeiten und technische Wettbewerbsvorteile.

Jede Dichtung wird gemeinsam mit Partnern entwickelt, geprüft und validiert – inklusive:
Vollständiger Materialrückverfolgbarkeit
Verifizierter Testprotokolle (Permeation, Leckage, Alterung, RGD)
Durch Finite-Elemente-Analyse (FEA) optimierter Designs
Breitem, anwendungsorientiertem Werkstoffportfolio
Ganzheitlicher Unterstützung von Engineering bis Logistik
Europäischer „Local-for-Local“-Fertigung

Praxisbeispiel: Hochdruckspeicher bis 1.000 bar

Ein Hersteller von Wasserstoffspeichersystemen sah sich mit vorzeitigen Dichtungsausfällen in Hochdrucktanks konfrontiert. Bereits nach rund 10.000 Zyklen traten Leckagen auf.

Daraufhin wurde ein maßgeschneidertes Dichtungskonzept entwickelt – bestehend aus speziellen PTFE-Lippendichtungen, PEEK-Federelementen und Eck-Stützringen zur Vermeidung von Extrusion. Nach mehr als 60.000 Testzyklen in 100 % Wasserstoff blieb das System dicht und zeigte keine Anzeichen von Versprödung. Zwischenwartungen konnten vollständig entfallen.

„Wasserstoffdichtungen sind nicht nur eine Frage der chemischen Beständigkeit. Es geht darum, Diffusion, Druckfestigkeit und Sicherheitsmargen unter extremen Bedingungen zu gewährleisten. Genau dafür haben wir ein validiertes Dichtungsmaterialportfolio aufgebaut“, sagt Lorena Casasola, Material- Ingenieurin bei Angst+Pfister.

Fazit

Wasserstoff eröffnet große Chancen – vorausgesetzt, die eingesetzten Materialien liefern bereits heute die erforderliche Leistung. Die geprüften und validierten Dichtungslösungen aus Elastomeren und Thermoplasten erfüllen die steigenden Anforderungen in Mobilität, Speicherung und Infrastruktur.

Sie werden europaweit von führenden Herstellern eingesetzt. Der Anspruch bleibt, Testvalidierung, Materialwissenschaft und anwendungsspezifische Unterstützung kontinuierlich weiterzuentwickeln. So entstehen Lösungen, die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit unter realen Bedingungen gewährleisten.