Die Lebensadern der Energiewende

Lacke, Farben und Druckfarben machen unsere Welt seit Jahrtausenden schöner. Mehr noch: Sie schützen, was uns lieb und teuer ist und machen unsere Umgebung bunter. Doch moderne Beschichtungen können noch viel mehr: Sie schonen Ressourcen, beschleunigen Prozesse, helfen der Umwelt oder retten sogar Leben. In unserer Serie „Smarte Farben“ stellen wir solche unverzichtbaren Lacke, Farben und Druckfarben vor, diesmal moderne Hochleistungs-Beschichtungen für Korrosionsschutz.

Wenn über die Energiewende gesprochen wird, dominieren meist Windparks, Solarfelder und Elektroautos die Bilder. Doch die eigentliche Infrastruktur der neuen Energiewelt liegt oft mehr oder weniger verborgen: Tausende Kilometer Stromleitungen und Pipelines transportieren Energieträger quer durch unser Land – über und unter Feldern, durch Industriegebiete oder auf dem Meeresgrund. Diese Leitungen sind die stillen Lebensadern moderner Volkswirtschaften und sie versorgen auch unsere Haushalte mit überlebenswichtiger Energie. Mit der Transformation der Energieversorgung in Deutschland gewinnt diese Infrastruktur eine neue strategische Bedeutung. 
Erdgasnetze sollen künftig Wasserstoff transportieren, bestehende Stromleitungen werden umgerüstet oder durch neue Trassen erweitert. Gleichzeitig wächst der Druck auf die Betreiber der Netze, ihre Anlagen nachhaltiger, langlebiger und in einem für die Verbraucher erträglichen Kostenrahmen zu betreiben.

Schlüsseltechnologien für die Energiewende
In diesem Spannungsfeld rückt ein technischer Aspekt ins Zentrum der Aufmerksamkeit: der Korrosionsschutz. Hochleistungsbeschichtungen entwickeln sich zunehmend zu einer Schlüsseltechnologie für eine langfristig gelingende Energiewende.

„Die Energieinfrastruktur – von Strommasten und Umspannwerken bis hin zu Windkraft- und Solaranlagen – ist das physische Rückgrat der Energiewende“, erklärt Dr. Frank Bayer, Geschäftsführer von Geholit + Wiemer und Vorsitzender der VdL- Fachgruppe Korrosionsschutz-Beschichtungsstoffe, in der insgesamt 17 Hersteller zusammengeschlossen sind, die sich unter anderem auf Beschichtungslösungen für den Energiesektor konzentrieren. „Da diese Anlagen über Jahrzehnte extremen Witterungs- und Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, ist ein leistungsfähiger Korrosionsschutz essenziell. Er sichert die technische Lebensdauer und damit die Wirtschaftlichkeit dieser massiven Investitionen.“

Auf neuen oder alten Masten: Ausbau des Netzes auf 16.800 Kilometer 
Der Bedarf für den Ausbau des Stromnetzes ist derzeit gesetzlich auf rund 16.800 Kilometer festgelegt, zum großen Teil in Form von Freileitungen, entweder mit neuen Masten oder auf bestehenden. Die Erstbeschichtung der Konstruktion eines neuen Strommastes läuft im Werk unter kontrollierten Bedingungen ab. Hier geht es vor allem um die Effizienz des Beschichtungsprozesses. Von Seiten der Anlagenbauer ist ein hoher Durchsatz gefordert. Moderne Systeme müssen beispielsweise auf feuerverzinktem Stahl in nur einem Arbeitsgang eine Schichtdicke von 120 µm erreichen, das ist etwa doppelt so dick wie ein menschliches Haar. Das spart Zeit und Energie und sorgt dennoch für einen sicheren und langfristigen Korrosionsschutz.

Größere Anforderungen sind mit der Sanierung von Strommasten im Bestand verbunden. Dort erfolgt die Erneuerung des Korrosionsschutzes meist in Handarbeit und oft unter schwierigen Bedingungen. Die Oberflächen müssen aufwendig manuell oder per Hochdruck-Wasserwäsche vorbereitet werden. Meist ist zudem die Beschaffenheit und Zusammensetzung der Altbeschichtung unbekannt, so dass die Frage der Haftung der neuen Beschichtung immer wieder eine Herausforderung darstellt.

Transformatoren für den Wandel
Eine Schlüsselkomponente für das Gelingen der Energiewende sind Transformatoren. Sie sind das unverzichtbare Bindeglied bei der Stromübertragung und -verteilung. Sie wandeln Spannungen um, um den Strom verlustarm von Offshore- Windparks oder Windkraftanlagen im Norden zu den Verbrauchern im Süden zu transportieren. Moderne Transformatoren sind auch notwendig, um die schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien auszugleichen und die Zuverlässigkeit des Stromnetzes zu gewährleisten. Der massenhafte Ausbau von Wind- und Solarkraftwerken erfordert bis 2045 laut einer Analyse der Bergischen Universität Wuppertal rund eine halbe Million neue Trafos in Deutschland, um den dort erzeugten Strom ins Netz einzuspeisen.

„Grundsätzlich sind die Beschichtungen für den Funktionserhalt, die Sicherheit und Langlebigkeit der Transformationen essenziell“, erklärt Christian Schramm, Vertriebsleiter der Firma Ching-Coatings aus Erlangen, die unter anderem auf Systemlösungen für die Energiewirtschaft & Transformatoren spezialisiert ist. „Sie schützen effektiv vor Korrosion, Feuchtigkeit und chemischen Einflüssen. Gleichzeitig erfüllen sie hohe thermische und elektrische Isolationsanforderungen. Und das mit nachhaltigen, High Solid- und wasserbasierten Beschichtungssystemen."

Zum Einsatz kommen spezielle Pulver, Elektrotauchlacke, Flut- und klassische Tauchlacke für die Kessel – das Gehäuse eines Trafos – Wellenwandkessel, Radiatoren, und Wicklungen, um die Betriebssicherheit auch unter extremen Bedingungen zu gewährleisten. „Die Wahl der richtigen Beschichtung für eine Erneuerung oder den Neubau hängt stark von den Umgebungsbedingungen und der thermischen Belastung des Transformators ab,“ weiß Schramm. „Dabei ist die Spannbreite der geforderten Beschichtungen breit: Sie reicht von speziellen 1k Hydrolacken bis zu 2K Ultra High Solid Beschichtungen mit nahezu 0 VOC, die die Wärmeableitung verbessern und die Geräuschentwicklung reduzieren bis hin zum langlebigen Korrosionsschutz.“ 

Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Transformatoren stehen Hersteller zunehmend unter Druck, ihre Produktionskapazitäten zu erhöhen. „Dabei stellt insbesondere der Lackierprozess – und hier vor allem die damit verbundenen Trocknungszeiten – ein wesentliches Bottleneck innerhalb der Fertigungskette dar“, erläutert Schramm. Vor diesem Hintergrund gewinnen Lacksysteme mit verkürzten Verarbeitungs- und Trocknungsintervallen immer mehr an Bedeutung. 
Insbesondere 2K High-Solid- sowie 2K Ultra-High-Solid-Systeme leisten hier einen entscheidenden Beitrag: Sie ermöglichen nicht nur eine deutliche Verkürzung der Fertigungszeiten, sondern tragen gleichzeitig dazu bei, den Carbon-Footprint nachhaltig zu reduzieren.

Energieinfrastruktur im Wandel 
Mit der Energiewende verändern sich nicht nur die transportierten Energieträger, sondern auch die Anforderungen an Materialien und Beschichtungen. Besonders deutlich wird das beim Thema Wasserstoff. Wasserstoff gilt als ein zentraler Baustein zukünftiger Energiesysteme. Er soll als Speicher für erneuerbare Energien dienen, in der Industrie fossile Brennstoffe ersetzen, um den klimaschädlichen Ausstoß von Kohlenstoffdioxid zu senken. 
Möglicherweise wird Wasserstoff zukünftig auch im Verkehrssektor eine Rolle spielen. Um diese Vision umzusetzen, planen viele Länder umfangreiche Wasserstoffnetze. Ein großer Teil dieser Infrastruktur soll aus bestehenden Erdgasleitungen entstehen. Laut Bundesnetzagentur sollen bis 2032 in Deutschland mehr als 9.000 Kilometer Leitungen für den Transport von Wasserstoff fit gemacht oder neu verlegt werden – rund 60 Prozent davon sind ehemalige Erdgasrohre.

Wasserstoff als Herausforderung
Die Herausforderung für die Beschichtung der entsprechenden Pipelines besteht jedoch darin, dass Wasserstoff sich physikalisch und chemisch anders verhält als Erdgas. Die Wasserstoff-Moleküle sind deutlich kleiner, diffundieren deshalb leichter, und die Wechselwirkungen mit anderen Materialien sind komplexer. Sie erfordern deshalb spezielle Beschichtungen, um die Integrität der Rohre und die Reinheit des Gases zu gewährleisten. „Wasserstoff stellt völlig neue Anforderungen an die Beständigkeit und Sicherheit von Beschichtungen“, erläutert Bayer. „Ein zentraler Punkt ist der Schutz von Pipelines oder Hochdrucktanks vor der so genannten Wasserstoffversprödung des Stahls. Auch extreme Bedingungen, wie die Lagerung in Kryotanks, erfordern Materialien mit spezieller Tieftemperaturflexibilität.“ Kryotanks sind spezielle, vakuum- isolierte Behälter zur Lagerung und zum Transport von Flüssiggasen wie Wasserstoff, Stickstoff oder Sauerstoff bei extrem niedrigen Temperaturen von meist unter minus 150 Grad Celsius. Sie sind ähnlich wie Thermoskannen aufgebaut, um Kälteverluste zu minimieren, und bestehen oft aus Edelstahl oder Aluminium.

Über die reine Materialbeständigkeit hinaus spielt die Sicherheit eine entscheidende Rolle. Da bei der Erzeugung und Verarbeitung von Wasserstoff explosionsgefährdete Atmosphären entstehen können, sind für diese Korrosionsschutzsysteme spezielle ATEX-Zulassungen vorgeschrieben. Eine ATEX-Zulassung (abgeleitet von „Atmosphères Explosibles“) ist eine EU-Zertifizierung für Beschichtungssysteme, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Diese Produkte müssen einen langlebigen Schutz unter den oft feucht-warmen Bedingungen der Wasserstofferzeugung gewährleisten und auch dann absolut verlässlich bleiben, wenn es bei der Applikation zu unvermeidbaren Überschichtungen kommt.

Die Anforderungen an Pipeline-Beschichtungen steigen dadurch erheblich. Neben klassischen Korrosionsschutzfunktionen müssen sie zusätzliche Eigenschaften erfüllen. Zum einen geht es um die langfristige Dichtigkeit: Da Wasserstoff durch kleinste Defekte oder Poren diffundieren kann, müssen Beschichtungssysteme eine besonders hohe Barrierewirkung besitzen. Hinzu kommen Anforderungen an die mechanische Stabilität: Die Umrüstung bestehender Netze bringt häufig Bau- und Sanierungsmaßnahmen mit sich. Beschichtungen müssen dabei mechanische Belastungen beim Transport, bei der Verlegung oder bei Wartungsarbeiten aushalten. Gleichzeitig sind im Zuge von Umweltauflagen VOC-arme und ressourcenschonende Beschichtungssysteme gefordert. Da viele Energieanlagen nur schwer oder gar nicht vollständig stillgelegt werden können, müssen Reparatur- und Sanierungsbeschichtungen daher auch unter schwierigen Bedingungen appliziert werden können.

Nachhaltigkeit als Entwicklungsziel
Ein entscheidender Aspekt der Energiewende ist die Nutzung bestehender Infrastruktur. Der Neubau großer Pipeline- und Stromnetze ist teuer, langwierig und politisch oft umstritten. Deshalb setzen viele Betreiber darauf, vorhandene Systeme umzurüsten und ihre Lebensdauer zu verlängern. Hier werden Beschichtungen zu einem entscheidenden wirtschaftlichen Faktor. Moderne Korrosionsschutzsysteme können die Nutzungsdauer von Stahlkonstruktionen um Jahrzehnte verlängern. 
Gleichzeitig reduzieren sie Wartungsintervalle und minimieren Stillstandzeiten. Gerade bei älteren Anlagen ist jedoch eine Herausforderung besonders groß: Viele Reparaturarbeiten müssen unter ungünstigen Bedingungen erfolgen – etwa bei niedrigen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit oder auf nicht vollständig trockenen Oberflächen. Hier sind in der Regel so genannte High-Solid-Beschichtungen mit einem hohen Festkörperanteil die Lösung, die auch unter schwierigen klimatischen Bedingungen wie niedrigen Temperaturen oder auf feuchten Stahloberflächen eine sichere Applikation erlauben und so Planungssicherheit garantieren.

„Jede Sanierung weniger bedeutet eine enorme Kostenersparnis“, weiß Dr. Frank Bayer. „Die Verlängerung der Schutzdauer ist die effektivste Form der Ressourcenschonung.
Für den Anwender vor Ort hingegen zählen die Einfachheit und Zuverlässigkeit in der Verarbeitung.“ 

Qualität und ökologische Verantwortung gehen bei allen Unternehmen der Lackindustrie, die sich mit Korrosionsschutzbeschichtungen im Energiesektor beschäftigen Hand in Hand, so Bayer. Jahrzehntelange Erfahrungen zeigten, dass wasserbasierte Beschichtungsstoffe und High-Solid-Technologien bei äußerst geringen Lösemittelemissionen extrem beständig sind. „Das ist genau das, was der Markt heute mehr denn je fordert“, stellt Bayer fest.
 

Deshalb arbeiten die Unternehmen vor allem an der Optimierung von High-Solid-Systemen und wasserbasierten Technologien, mit denen bei geringerem Materialverbrauch, der Reduzierung von VOC-Emissionen und damit einem reduzierten ökologischen Fußabdruck bei der Applikation eine gleichbleibende oder sogar höhere Schutzwirkung erzielt werden kann. Zudem geht es darum, die klimatischen Grenzen bei der Verarbeitung noch weiter auszudehnen, um die Abhängigkeit von Witterungseinflüssen bei der Instandhaltung weiter zu minimieren. „Wenn wir es schaffen, die Zeitfenster für sichere Beschichtungen nochmals zu vergrößern, gewinnen Netzbetreiber und Anwender wertvolle Flexibilität und Planungssicherheit“, erklärt Bayer.

Die stille Technologie hinter der Energiewende
Die Energiewende wird oft als spektakulärer technischer Umbruch dargestellt – mit gigantischen Offshore-Windparks, innovativen Speichertechnologien oder neuen Mobilitätskonzepten. Doch ein großer Teil dieser Transformation findet im Hintergrund statt. Stromtrassen, Wasserstoffpipelines, Umspannwerke und Tankanlagen bilden das Rückgrat des Energiesystems. Ihre Sicherheit und Langlebigkeit hängen unter anderem von hocheffizienten Beschichtungssystemen ab, die mitunter kaum sichtbar ihren wichtigen Beitrag zur Ressourcenschonung und zur Reduzierung von Emissionen leisten. Am Ende bleibt die Erkenntnis: Die Energiewende ist nicht nur eine Frage neuer Energieträger. Sie ist auch eine Frage der Materialien, der Infrastruktur und der unscheinbaren Schutzschichten, die Stahl über Jahrzehnte hinweg vor seiner größten Schwäche bewahren: zu rosten. Ohne zuverlässigen Korrosionsschutz würde das sensible und komplexe Netzwerk der Lebensadern unserer Energieversorgung schlicht nicht funktionieren.

Korrosion ist weltweit eine der teuersten Schadensursachen.
Schätzungen zufolge entstehen jedes Jahr Kosten in Milliardenhöhe durch Materialschäden, Wartung und Ausfallzeiten.
Gerade in kritischen Energiesystemen können solche Schäden weitreichende Folgen haben. Moderne Beschichtungssysteme sind deshalb mehr als nur eine Schutzschicht – sie sind heute integraler Bestandteil der Infrastrukturplanung für eine gelingende Energiewende.

Matthias Beiderbeck