Der Übergang zu CO2-neutraler Energie erfordert Wasserstoff als Energiespeicher. Für dessen sichere Nutzung müssen Werkstoffe gleichzeitig hohe Festigkeit und Duktilität bis hin zu tiefen Temperaturen von 20 K (-253.15°C) aufweisen. Langzeitbetrieb führt jedoch oft zu Wasserstoffversprödung, deren Anfälligkeit mit steigender Festigkeit zunimmt.
Im Projekt wurde ein digital unterstützter Legierungsentwicklungsansatz genutzt, der Dichtefunktionaltheorie, Thermodynamik, maschinelles Lernen und KI vereint, um Designprinzipien wie Stapelfehlerenergie, Gitterfehlpassung und Wasserstoff-Trapping gezielt zu bewerten. Damit konnten gleich zwei vielversprechende neue Werkstoffe, ein austenitischer Stahl und eine Nickelbasislegierung, für wasserstoffbeständigere ausscheidungsgehärtete Legierungen identifiziert werden. Der durchgängig digitale Workflow ersetzt kostenintensive Trial-and-Error Experimente und verkürzt die Entwicklungszeit erheblich.
So konnten im Rahmen des Projekts wurde gemeinsam mit der voestalpine BÖHLER Edelstahl GmbH und Co KG und der Montanuniversität Leoben gleich zwei neue Werkstoffe, ein austenitischer Stahl und eine Nickel-Basis-Legierung mit höherer Festigkeit und verbesserter Wasserstoffbeständigkeit entwickelt und patentiert werden. Experimentelle Versuche bei 4 K und Raumtemperatur bestätigen die hohe Widerstandsfähigkeit gegen Wasserstoffversprödung.
Wirkungen und Effekte
Die neu entwickelten Werkstoffe steigern Zuverlässigkeit und Sicherheit in Wasserstoffsystemen, ermöglichen leichtere und kompaktere Bauteile und sparen damit Gewicht, Kosten und Rohmaterialverbrauch im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen, und leistet einen substanziellen Beitrag zur Energiewende. Gleichzeitig zeigt der entwickelte digitale Ansatz, wie datengetriebene Materialforschung Innovation und Wirtschaftlichkeit nachhaltig verbinden kann.
Die patentierten Werkstoffe werden bereits für Pilotanwendungen in Wasserstofftanks und Kryosystemen vorgesehen. Durch schnellere Entwicklungszyklen und reduzierte Materialkosten verbessert die digitale Materialdesignmethode die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Wasserstofftechnologien langfristig und unterstützt die strategische Unabhängigkeit von kritischen Rohstoffen.
Projektkoordination (Story)
Dr. Vsevolod Razumovskiy
Head of the Christian Doppler Laboratory
Key Scientist Computational Materials Design
Materials Center Leoben Forschung GmbH
T +43 (0) 3842 45922-532
vsevolod.razumovskiy(at)mcl.at
IC-MPPE / COMET-Zentrum
Materials Center Leoben Forschung GmbH
Vordernberger Straße 12
8700 Leoben
T +43 (0) 3842 45922-0
mclburo@mcl.at
www.mcl.at
Projektpartner
• Montanuniversität Leoben, Österreich
• voestalpine BÖHLER Edelstahl GmbH & Co KG, Österreich
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