Fraunhofer-IWM Fitnesstest für Werkstoffe

Salzschmelzen eignen sich besonders für die Wärmespeicherung in solarthermischen Kraftwerken. Der Nachteil: Sie greifen die Komponenten des Energiekreislaufs an. Mit einem neuen System für die Qualifizierung von Materialien und Komponenten steuert das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM dagegen.

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Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik

Die zur Energiespeicherung eingesetzten sogenannten Solarsalze sind meist Mischungen aus Natrium- und Kaliumnitrat, die mit 560 °C wesentlich höhere Temperaturen als bisher genutzte Thermoöle ertragen können. Damit erreichen solarthermische Kraftwerke höhere Wirkungsgrade. Auch die Kosten und die Wärmespeicherkapazität sprechen für die Salze. Die Crux ist allerdings die chemische Aggressivität der Salze in Kombination mit hohen Temperaturen und mechanischen Beanspruchungen.

Spannungsrisskorrosion muss vermieden werden

Darunter leiden Rohre, Ventile, Tanks, Pumpen und Wärmetauscher. Denn durch die dauerhafte komplexe Beanspruchung tritt neben dem reinen korrosionsbedingten Materialverlust auch Rissbildung und Risswachstum auf. Diese sogenannte Spannungsrisskorrosion kann zu Leckage bis hin zum kompletten Versagen von Kraftwerkskomponenten führen.

Auf Basis einer Cert-Prüfung (Constant Extension Rate Test) können am Fraunhofer IWM nun Werkstoffe im Kontakt mit dem Energiespeicher Salzschmelze gleichzeitig korrosiv, thermisch und mechanisch bewertet werden. Ergänzend wird der Verschleiß durch strömende Salzschmelzen in einer Strömungskammer untersucht. Das Neuartige an dieser Methode ist, dass die kompletten Belastungen, die eine Komponente aus dem Energiespeicher- beziehungsweise Wärmetransportsystem erfährt, kombiniert abgebildet und bewertet werden können. So können neue Werkstoffe für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken einem Härtetest unterzogen werden. Ebenso können verschiedene Salze hinsichtlich ihrer Verträglichkeit mit der Anlage untersucht werden.

Dem Energiespeicher Salz zum Durchbruch verhelfen

Die Anlage ist so aufgebaut, dass Aufschlüsse zu den Mechanismen der Korrosion von Stahl im Kontakt mit Salzschmelzen sichtbar werden. Insbesondere der Ablauf der gefährlichen Variante Spannungsrisskorrosion ist bis heute noch kaum untersucht, geschweige denn verstanden, sagen die Freiburger Experten. Ziel der Wissenschaftler am Fraunhofer IWM ist es deshalb, mit geeigneten Werkstoffen dem vielversprechenden Energiespeicher Salz zum Durchbruch zu verhelfen MM

* Dr. Wulf Pfeiffer ist Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in 79108 Freiburg.

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