Freiburg – Wasserstoff kann das Wachstum kurzer Risse in metallischen Turbinenbauteilen um den Faktor 100 und mehr beschleunigen. Das Fraunhofer IWM stellte dafür am 26. August 2026 ein neues Lebensdauermodell vor. Besonders relevant ist die Forschung für Wasserstoffturbinen in künftigen Kraftwerken und für Triebwerke. Denn die frühe Rissphase kann bis zu 90 Prozent der Bauteillebensdauer ausmachen. Gleichzeitig ist der Dauerbetrieb großer Gasturbinen mit 100 Prozent Wasserstoff noch nicht ausreichend erprobt. Deutschland verlangt jedoch bei bestimmten neuen Langzeitkraftwerken eine spätere Umrüstbarkeit auf reinen Wasserstoff.
Wasserstoffturbinen funktionieren – der Langzeitnachweis für Dauerbetrieb fehlt
Gasturbinen können grundsätzlich bereits mit reinem Wasserstoff arbeiten. So demonstrierte Siemens Energy 2023 eine umgerüstete SGT-400 mit 100 Prozent Wasserstoff. Außerdem nahm Duke Energy Anfang 2026 in Florida ein System mit einer entsprechend umgerüsteten GE-7E-Turbine in Betrieb. Dennoch handelt es sich damit bisher nicht um jahrzehntelange Erfahrung mit großen modernen Kraftwerksflotten.
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Gerade bei großen Turbinenklassen ist der Entwicklungsstand noch deutlich begrenzter. Siemens Energy wies Anfang 2026 für seine großen H-Klasse-Turbinen Wasserstoffanteile von 30 bis 50 Volumenprozent aus. Das Entwicklungsziel liegt zwar bei 100 Prozent, jedoch entspricht dieses Ziel noch keiner umfassenden Betriebserfahrung. Der Begriff „H2-ready“ bedeutet deshalb nicht, dass jede solche Anlage heute dauerhaft mit reinem Wasserstoff laufen kann.
Fraunhofer berechnet die kritische Phase der Rissbildung
Das Fraunhofer-Modell untersucht Risse von etwa 20 Mikrometern bis zu einem Millimeter Länge. Diese frühe Ermüdungsphase entscheidet häufig über einen großen Teil der späteren Lebensdauer. Bei Wasserstoffturbinen kann Wasserstoff das Kurzrisswachstum jedoch um den Faktor 100 und mehr beschleunigen. Wie stark der Effekt ausfällt, hängt unter anderem von Druck, Temperatur, Belastung und Werkstoff ab. Der Faktor 100 bedeutet deshalb nicht, dass eine komplette Turbine automatisch hundertmal früher ausfällt.
Das IWM berücksichtigt dabei unter anderem den sogenannten HELP-Effekt. Wasserstoff sammelt sich an der Rissspitze und verändert dort die lokale plastische Verformung. Oberhalb von 400 Grad Celsius fließt außerdem Sauerstoffdiffusion entlang der Korngrenzen in die Berechnung ein. Das Modell ist jedoch noch nicht vollständig, weil weitere bekannte Schädigungsmechanismen bislang fehlen. Fraunhofer testet seine Berechnungen deshalb bei bis zu 250 bar Wasserstoffdruck und Temperaturen bis 1000 Grad Celsius.
Neue Studie zeigt zusätzliche Schäden bei hoher Temperatur
Die Materialfrage reicht außerdem über das neue Fraunhofer-Modell hinaus. Eine im Juli 2026 veröffentlichte Studie in „Nature Materials“ untersuchte die Nickelbasis-Superlegierung IN718 bei 400 Grad Celsius. Unter Wasserstoff sank die Gesamtdehnung dabei um 14,9 Prozent gegenüber einer Argon-Atmosphäre. Der Verlust an Duktilität fiel damit etwa doppelt so hoch aus wie bei Raumtemperatur.
Die Forscher fanden zudem einen anderen Schädigungsmechanismus als bei niedrigeren Temperaturen. Wasserstoff reagierte dabei mit Karbiden und begünstigte lokal die Bildung von Methan an Grenzflächen. Dadurch können sich Materialbereiche unter mechanischer Belastung zusätzlich schwächen. Für Wasserstoffturbinen zeigt das, dass hohe Temperaturen keineswegs automatisch vor Wasserstoffversprödung schützen. Vielmehr müssen Hersteller mehrere Schädigungsmechanismen gleichzeitig beherrschen.
Deutschland plant H2-Kraftwerke trotz offener Langzeiterfahrung
Für Deutschland bekommt die Entwicklung unmittelbar energiepolitische Bedeutung. Die Bundesnetzagentur schreibt im September 2026 erstmals 4.500 Megawatt reduzierte Langzeitkapazität aus. Erdgas-Kraftwerke mit 15-jährigem Verpflichtungszeitraum müssen für eine spätere Umstellung auf 100 Prozent Wasserstoff vorbereitet sein. Das StromVKG verlangt dafür bereits bei der Planung ein entsprechendes Umstellungskonzept.
Die technische Grundfunktion ist damit nachgewiesen, jedoch fehlt noch breite Erfahrung über lange Betriebszeiten großer Anlagen mit reinem Wasserstoff. Kürzere Wartungsintervalle oder häufigere Bauteilwechsel könnten deshalb Verfügbarkeit und Kosten verändern. Gleichzeitig soll Fraunhofers Modell genau solche Unsicherheiten bei der Auslegung künftig besser berechenbar machen. Für geplante Kraftwerke bleibt daher entscheidend, wie sich die heute demonstrierte Technik im langjährigen kommerziellen Betrieb tatsächlich bewährt.
Verfasser: Blackout News
Verwendete Quellen: Fraunhofer (26.08.26) – Nature Materials (27.07.26) – Siemens Energy (16.03.26) – Duke Energy (07.01.26)
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