Fachartikel

Ex-Gehäuse

Schützen die Wasserstoff-Infrastruktur

Grüner Wasserstoff spielt eine zentrale Rolle beim Aufbau einer CO2-neutralen Industrie. Für den sicheren Betrieb der Steuerelektronik an Elektrolyseuren und Pipelines sind allerdings besondere Vorkehrungen nötig. Rose Systemtechnik stattet Wasserstoff-Anlagen weltweit mit explosionsgeschützten Gehäusen aus und sieht ein großes Umsatzpotenzial in dem Markt. 

 

Es ist noch nicht lange her, da wurde über den Energieträger Wasserstoff nur in Fachkreisen diskutiert. Mittlerweile begegnet einem das Thema nahezu täglich in den Medien. Der Hype um das farb- und geruchlose Gas kommt nicht von ungefähr: Sowohl die Europäische Kommission als auch die Bundesregierung haben Wasserstoff zum wichtigsten Baustein der Energiewende erklärt. So sollen in der Europäischen Union bis zum Jahr 2030 Elektrolyseure zur Produktion von Wasserstoff mit einer Leistung von mindestens 40 Gigawatt entstehen. Auch Deutschlands Pläne in puncto Wasserstoff sind ehrgeizig: Mit dem „Förderprogramm Klimaschutzverträge“ wollen Bund und Länder gezielt Anreize zum Aufbau einer Wasserstoff-Infrastruktur schaffen. Mehr als zehn Milliarden Euro stehen dafür bereit. 

 

Wasserstoff-Sektor ist neue Zielbranche 

„Der Wasserstoff-Markt ist gerade erst im Aufbau, da tut sich zurzeit sehr viel“, berichtet Heiko Felsmann, Vertriebsleiter bei der Rose Systemtechnik GmbH. Das Unternehmen hat sich u.a. auf die Fertigung hochqualitativer Industriegehäuse spezialisiert und die Wasserstoff-Branche als neuen Zielmarkt definiert. „Die Entscheidung liegt für uns auf der Hand: Wir produzieren die explosionsgeschützten Gehäusesysteme, die dort benötigt werden, seit Jahrzehnten und besitzen großes Know-how in dem Bereich“, so Felsmann. 

 

Industrie bezieht schon lange Ex-Gehäuse 

Neben der chemischen und petrochemischen beliefert Rose auch die Öl- und Gas-Industrie mit Ex-zertifizierten Gehäusesystemen. Die dortigen Anforderungen an den Explosionsschutz gleichen denen, die auch an Komponenten für den Einsatz an Wasserstoff-Anlagen gestellt werden. Alle Ex-zertifizierten Gehäuse von Rose entsprechen den Vorgaben der ATEX- und der IECEx-Richtlinie für die Ex-Zonen 1 und 2 im Gas-Explosionsschutz und für die Zonen 21 und 22 im Staub-Explosionsschutz. Darüber hinaus sind die Ex-Gehäuse z. B. für die Verwendung in Großbritannien (UKCA), Brasilien (INMETRO), Südafrika (Explolabs) und China (CCC) zugelassen. 

 

Die Kunden können bei Rose zwischen explosionsgeschützten Gehäusesystemen aus Aluminium, Polyester und Edelstahl wählen. Je nach Anwendung und Einsatzgebiet sind die Gehäuse zudem mit unterschiedlichen Schutzkonzepten (Zündschutzarten) erhältlich. Das Spektrum reicht von eigensicheren Ausführungen (Ex i) bis hin zu den druckgekapselten Varianten der Serien EJB, IJB, GUB und TBE. 

Alles beginnt mit klimaneutralem Strom 

Die Wasserstoff-Infrastruktur besteht aber bei weitem nicht nur aus Bereichen, in denen explosionsgeschützte Gehäuse vorgeschrieben sind. Im Fall von grünem Wasserstoff beginnt die Prozesskette bereits bei der Erzeugung des für die Elektrolyse erforderlichen Stroms mittels Wind, Wasserkraft oder Sonnenlicht. Sowohl Hersteller von Windenergie- als auch von Photovoltaik-Anlagen verwenden zum Schutz ihrer Steuerungselektronik robuste Gehäuse von Rose. So hausen z. B. namhafte Hersteller von Windenergie-Anlagen (WEA) die Frequenzumrichter am Generator mit Gehäusesystemen aus Porta Westfalica ein. Auch die Elektronik des Windmessers, des Pitch-Systems, der Bremsanlage sowie verschiedenster Sensoren wird von Gehäusen aus Porta Westfalica vor Witterungseinflüssen geschützt. Meist sind es Aluminiumgehäuse, da sie dank der hochwertigen Aluminium-Gusslegierung AC-AlSi 12 (Fe) sehr robust sind und auch ohne weitere Beschichtung starken korrosiven Belastungen widerstehen. 

An vielen PV-Anlagen halten ebenfalls Aluminiumgehäuse Wind und Feuchtigkeit vom Steuerungssystem der Nachführeinheit fern. Die Aluform-Gehäuse wurden speziell für den einfachen Einbau von Platinen und Leiterplatten entwickelt und eignen sich daher besonders für Anwendungen in der Mess- und Regeltechnik. 

Regeltechnik an Elektrolyseuren muss sicher sein 

Nach der Stromerzeugung ist die Elektrolyse der nächste Schritt im Herstellungsprozess von grünem Wasserstoff. Im sogenannten Elektrolyseur wird Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle aufgespalten. Für den reibungslosen Betrieb der Anlagen sorgen u.a. Pumpen, die das Wasser in die Elektrolysezelle befördern, Wasseraufbereitungssysteme, Gasreiniger, Transformatoren und Gleichrichter. Aber auch Gaskühler, Gasverdichter und Sensoren sind Bestandteile von Elektrolyseuren. 

Die erforderliche Regelungstechnik muss vor Umgebungseinflüssen geschützt werden. Herkömmliche Industriegehäuse sind dafür nicht geeignet, da Wasserstoff leicht entzündlich ist und die Gehäuse nicht den ausreichenden Schutz vor z. B. Funkenschlag bieten. Wie reaktionsfreudig Wasserstoff ist, wird an zwei Zahlen deutlich: So liegt die untere Explosionsgrenze (UEG) von Wasserstoff bei einer Konzentration von lediglich 4 Vol. % in einem Luft-Gas-Gemisch und die Mindestzündenergie beträgt nur 0,02 mJ. 

Wasserstoff ist extrem reaktionsfreudig 

Wasserstoff gehört aufgrund der genannten Eigenschaften zur Explosionsgruppe IIC – hierzu zählen explosionsfähige Gemische, die eine Zündenergie von <0,05 mJ benötigen. Gehäuse für elektrische und elektronische Komponenten an Elektrolyseuren, Pipelines oder Kavernen müssen deshalb für den Einsatz in Umgebungen mit explosionsfähigen Gasen der Kategorie IIC geeignet sein. Alle Ex-Gehäuse von Rose erfüllen diese Anforderungen und sind in unterschiedlichen Zündschutzarten erhältlich. Die Ausführungen der Zündschutzarten Ex e und Ex i verhindern beispielsweise, dass Funkenschlag aus dem Gehäuse in die Umgebungsatmosphäre gelangt. 

Druckfeste Kapselung hält Explosion im Gehäuse 

Noch robuster sind die Ex d-Gehäuse von Rose: Sie verfügen über eine Druckkapselung, die dafür sorgt, dass sich eine Explosion im Gehäuse-Innern nicht nach außen ausbreiten kann. Darüber hinaus werden Funken, Flammen und heiße Gase durch einen Zündschutzspalt so weit abgekühlt, dass sie eine möglicherweise explosionsfähige Atmosphäre in der Umgebung nicht mehr entzünden können. 

Die Ex d-Gehäuse haben für die Betreiber von Anlagen der Wasserstoff-Infrastruktur aber noch einen weiteren Vorteil: Da die Gehäuse bereits einen sehr hohen Explosionsschutz bieten, ist in ihrem Inneren die Verwendung ganz normaler Bauteile ohne Ex-Zertifizierung erlaubt. Der Anwender kann also aus der gesamten Bandbreite an Automatisierungskomponenten auswählen, die am Markt erhältlich sind. 

Rundum-Service spart Anwendern viel Zeit und Geld 

ROSE fertigt aber nicht nur eine große Auswahl an Ex-Gehäusen. Das Unternehmen übernimmt auf Wunsch auch deren Bestückung mit kundenspezifischen Komponenten wie z. B. Schaltern, Tastern, Klemmen oder Kabelverschraubungen. Einige der Teile – wie explosionsgeschützte Taster – produziert Rose sogar selbst. 

„Fast alle Kunden im Ex-Bereich lassen ihre Gehäuse von uns konfektionieren“, erzählt Vertriebsleiter Heiko Felsmann. Der Service geht aber noch weiter: „Wir kümmern uns bei Bedarf auch um die Beschaffung der elektrischen und elektronischen Bauteile – der Anwender bekommt bei uns also alles aus einer Hand.“ 

Neben Konfektionierung und Sourcing bietet Rose zudem die mechanische Bearbeitung sowie die Oberflächenveredelung der Gehäuse an. Möchten Kunden Gehäuse oder Komponenten selbst zertifizieren lassen, unterstützen Heiko Felsmann und seine Kollegen sie gerne dabei und stellen einen schnellen, effizienten Ablauf der Zulassung sicher. 

Strenge Materialtests sorgen für hohe Qualität 

Für die Einhaltung der hohen Anforderungen der ATEX- und IECEx-Richtlinie sorgen regelmäßige Qualitäts- und Belastungstests der Ex-Gehäuse im hauseigenen Labor von Rose. Zu den durchgeführten Prüfungen zählen z. B. Eigenerwärmungstests sowie Referenzdrucks-, Überdrucks- und Funkenübertragungstests. Auch Zünddurchlässigkeitstests zählen dazu: Hier wird ein Gasgemisch eingeleitet und entzündet, während sich das Gehäuse in einer explosionsfähigen Umgebung befindet. Überträgt sich die Zündung auf die äußere Atmosphäre, sind die ATEX/IECEx-Anforderungen nicht erfüllt. 

Wachsender Bedarf an Ex-Gehäusen 

In den kommenden Jahren wird Prognosen zufolge die Nachfrage nach Wasserstoff weltweit rasant steigen. Vor allem energieintensive Branchen wie die Chemie-, Stahl-, Zement- und Glasindustrie wollen mit klimaneutral erzeugtem Wasserstoff fossile Energieträger ersetzen. 

Rose Systemtechnik bietet für den Schutz der Steuerungstechnik von Elektrolyseuren, Gaskompressoren, Pipelines und Kavernen schon heute die passenden Gehäuse-Lösungen. Das Unternehmen produziert nicht nur an drei europäischen Standorten, sondern auch in Indien. Die Fertigung dort versorgt Ausrüster und Betreiber von Wasserstoff-Anlagen in der ganzen Welt mit Ex-Gehäusen nach deutschem Standard. 

Autorin: Katharina Lange, Leitung Marketing ROSE Systemtechnik GmbH 

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