Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit in geothermischen Anlagen

von Paula Kipf (18, Martin-Andersen-Nexö-Gymnasium Dresden)

Kategorie: Technik 2014
Betreuer: Daria Kovalenko (Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren - Institutsteil Dresden (IZFP-D))
Wettbewerbsart: Jugend forscht

Gewonnene Preise:
  • Sonderpreis "ZfP-Sonderpreis der DGZfP e.V." im Landeswettbewerb
  • Regionalsieger
  • Sonderpreis "Papermint" im Regionalwettbewerb

In Deutschland wird der Einsatz von erneuerbaren Energien immer stärker gefordert und gefördert. Geothermie, die die unter der Erdoberfläche gespeicherte thermische Energie bezeichnet, zählt im weiteren Sinne zu diesen. Vorteilhaft ist gegenüber anderen erneuerbaren Energien die Unabhängigkeit von Umwelteinflüssen, weshalb sie die Grundlast mittragen kann. Besonders bei der Tiefengeothermie treten jedoch Probleme auf: Das als Wärmeträger fungierende Wasser beinhaltet Salze, Gase und Mineralien, welche sowohl Korrosion als auch Scaling in Teilen der Anlagen bewirken. Dadurch werden Leistungsfähigkeit und Sicherheit im großen Maße beeinflusst. Aus anderen Bereichen bekannte Lacke halten den extremen Bedingungen in den Anlagen stand. Daher soll eine Beschichtung mit Nanodiamanten entwickelt werden, die Korrosion und Scaling verhindert. Nanodiamanten können bei hohen Temperaturen bestehen und bilden eine Vernetzung mit den Trägermaterial sowie untereinander, so dass das Trägermaterial optimal geschützt ist.
In der Arbeit werden Stahlproben, die von Herstellern der Rohre bereitgestellt werden, beschichtet. Die erste Schicht ist ein Flüssiglack, der unterschiedlich präpariert wird, unter anderem werden verschieden funktionalisierte Nanodiamanten eingesetzt. Die zweite Schicht ist ein für alle Proben gleicher Pulverlack, auf den bei einigen Proben eine Nanodiamantensuspension aufgetragen wird. Anschließend werden die mechanischen Eigenschaften mit Härte- und Haftungstests überprüft und Proben in den Bypass einer Geothermieanlage exponiert, worauf mit einem Lichtmikroskop optisch geprüft wird, inwieweit Korrosion und Scaling auftreten.
Aus vorherigen Versuchsreihen ergaben sich Maßnahmen zur Verbesserung der Schicht, die nun umgesetzt wurden. Die so beschichtet Proben zeigten deutlich verbesserte Ergebnisse vor allem bezüglich der Härte und Haftung der Schicht, so dass hier keine Verbesserungen mehr nötig sind. Die Korrosionsbeständigkeit ist gegenüber früheren Proben deutlich höher, allerdings treten bei der Beschichtung mit der Nanodiamantsuspension noch Probleme auf, die zukünftig gelöst werden müssen.

Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit in geothermischen Anlagen