Wasserstoff & Energiewende : Wasserstoff-Kraftwerke: Fraunhofer enthüllt kritischen Schwachpunkt der Turbinen

Wasserstoff gilt in Österreich als möglicher Baustein für ein künftig klimaverträglicheres Stromsystem. Die österreichische Wasserstoffstrategie sieht seinen Einsatz vor allem dort vor, wo sich Emissionen nur schwer anders vermeiden lassen; zugleich läuft die Debatte, welche Rolle wasserstofffähige Gaskraftwerke künftig für Versorgungssicherheit und flexible Stromerzeugung spielen sollen. Netzbetreiber und Energiebranche verweisen dabei auf den Bedarf an gesicherter Leistung in Zeiten mit wenig Wind- und Sonnenstrom.

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Mit der politischen Strategie wächst aber auch der Druck auf die Technik. Denn Wasserstoff ist nicht nur ein möglicher Energieträger für eine dekarbonisierte Stromerzeugung, sondern stellt hohe Anforderungen an Werkstoffe. Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg hat nun ein Prüfverfahren vorgestellt, mit dem sich die thermomechanische Ermüdung von Turbinenwerkstoffen unter Wasserstoffeinfluss realitätsnäher untersuchen lässt. Das Institut berichtete darüber am 25. März 2026.

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Im Kern geht es um ein bislang schwer lösbares Prüfproblem: Bauteile in Gasturbinen sind gleichzeitig hohen Temperaturen, schnellen Temperaturwechseln, mechanischen Lasten und Wasserstoff ausgesetzt. Genau dieses Zusammenspiel bestimmt, wie schnell ein Werkstoff altert und wann Risse entstehen können. Nach Angaben des Fraunhofer IWM lässt sich diese Belastung mit herkömmlichen Verfahren nur eingeschränkt abbilden.

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Die Freiburger Forscher setzen deshalb auf sogenannte Hohlproben. Dabei handelt es sich um Werkstoffproben mit einer feinen inneren Bohrung, die vor dem Versuch mit Druckwasserstoff beladen werden. Während der Prüfung diffundiert der Wasserstoff in das Material, zugleich wird die Probe von außen thermisch und mechanisch belastet. Laut Fraunhofer IWM sind Versuche so bei Temperaturen von bis zu 900 Grad Celsius und mit Wasserstoffdrücken von bis zu 250 bar möglich. Temperatur und mechanische Last lassen sich dabei unabhängig voneinander regeln.

Für Hersteller und Betreiber ist das relevant, weil Wasserstoff die Ermüdungsfestigkeit von Werkstoffen zusätzlich verringern kann. Die am Fraunhofer IWM gewonnenen Daten sollen in Werkstoffmodelle und Bauteilsimulationen einfließen. Ziel ist es, Lebensdauer und Sicherheitsreserven von Komponenten genauer zu berechnen, statt Turbinen vorsorglich übermäßig konservativ auslegen zu müssen. Nach Darstellung des Instituts könnte das sowohl Entwicklungszeiten als auch Kosten senken.

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Das Thema reicht weit über Laborfragen hinaus. Gasturbinen gelten als wichtige Ergänzung zu Wind- und Solarstrom, weil sie flexibel hoch- und heruntergefahren werden können. Genau diese Fahrweise belastet das Material jedoch besonders stark. Hinzu kommt, dass Wasserstoff andere Verbrennungseigenschaften als Erdgas besitzt. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt verweist etwa auf die deutlich höhere Flammengeschwindigkeit von Wasserstoff und die damit verbundene Gefahr von Flammenrückschlägen in der Brennkammer. Solche Eigenschaften erfordern angepasste Brennersysteme und eine genaue Prüfung der eingesetzten Materialien.

Parallel dazu arbeitet die Industrie an wasserstofffähigen Turbinen. Siemens Energy verweist bei Projekten in Deutschland seit Längerem auf „H2-ready“-Anlagen und auf die Perspektive einer späteren Umstellung auf hohe Wasserstoffanteile bis hin zu 100 Prozent. Im staatlich geförderten Projekt H2BED entwickelt das Unternehmen gemeinsam mit Partnern Basistechnologien für Wasserstoff-Gasturbinen weiter, darunter Brennertechnologie, Werkstofffragen und Wärmedämmschichten.

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Auch andere Anbieter melden Fortschritte. Baker Hughes erklärte bereits 2024, Wasserstoffturbinen der NovaLT-Reihe getestet zu haben; das Unternehmen spricht zudem allgemein von Anwendungen bis hin zu voller 100-Prozent-Wasserstofffähigkeit. Solche Ankündigungen zeigen, dass die Branche an marktfähigen Lösungen arbeitet. Sie ändern jedoch nichts daran, dass Materialverhalten, Lebensdauer und Betriebssicherheit für den großflächigen Einsatz entscheidend bleiben.

Das neue Verfahren aus Freiburg löst diese Probleme nicht unmittelbar. Es könnte aber helfen, sie präziser zu quantifizieren. Für die Energiewende ist genau das zentral: Ob wasserstofffähige Kraftwerke wirtschaftlich und zuverlässig betrieben werden können, hängt nicht nur von Brennstoffverfügbarkeit und Regulierung ab, sondern auch davon, wie belastbar die Turbinen im Alltag tatsächlich sind. Das Fraunhofer IWM liefert dafür nun eine neue Messgrundlage.