Aktuatoren für grünen Wasserstoff und CCUS-Anwendungen

Um die globale Erwärmung auf 1,5 °C über vorindustriellem Niveau zu begrenzen, empfiehlt der Weltklimarat „Intergovernmental Panel on Climate Change (IPPC)“ im Sonderbericht zur Globalen Erwärmung unter anderem den Einsatz von Wasserstoff sowie für eine Reihe von Fällen das Abscheiden, die Nutzung und die Einlagerung von CO2 (Carbon Capture, Utilization and Storage; CCUS). Bei der Offshore-Einlagerung von CO2 sowie der Zwischenspeicherung von grünem Wasserstoff regeln Ventile den kontrollierten Fluss der Prozessgase und -fluide. Die Betätigung dieser Ventile erfolgt bislang zumeist über hydraulisch angetriebene Aktuatoren. Dazu sind zentrale Hydraulikaggregate über Wasser mit kilometerlangen Leitungen zu den einzelnen Aktuatoren am Meeresboden notwendig.

Hierzu hat Bosch Rexroth sein Portfolio an Unterwasser-Aktuatoren um weitere Varianten und Bewegungsoptionen erweitert, um alle sicherheitsrelevanten Bewegungen in bis zu 4.000 m Tiefe zu elektrifizieren und digitalisieren. Neu entwickelte, mit 24-V-Niederspannung (DC) versorgte Esea-Aktuatoren sind eine wirtschaftliche Alternative zu diesen kapital- und energieintensiven konventionellen Hydrauliksystemen. Ihr geringerer Energieverbrauch senkt die Betriebskosten. Digitale Zwillinge erhöhen zudem durch Zustandsüberwachung die Prozesssicherheit.

Den Aktuator für rotative Bewegungen Esea Torque ergänzt der Anbieter um den Aktuator Esea Push für lineare Bewegungen sowie den Esea Drive für Anwendungen mit sehr hohen Drehmomenten über 35 kNm hinaus. Damit lassen sich alle notwendigen Bewegungen zur Ventilsteuerung über eine standardisierte Schnittstelle sicher, zuverlässig und rein elektrisch unter Wasser ansteuern und ausführen.

Geringer Energiebedarf für niedrige und hohe Lasten

Alle Varianten nutzen das Fail-Safe-Prinzip, bei dem Federelemente aktiv geklemmt werden, um das Ventil entweder offen oder geschlossen zu halten. Fällt die Stromzufuhr aus, löst sich die Klemmung und das Ventil geht automatisch in die sichere Stellung nach IEC 61508 und IEC 61511, ohne dass kostenintensive, sicherheitsrelevante Unterwasserbatterien notwendig sind. Der Hersteller liefert die Aktuatoren mit Schnittstellen zu externen Sensoren und Ventil sowie den digitalen Zwillingen dieser Baugruppen aus. Die Steuerungshardware basiert auf Elektronik aus der Automobilindustrie. Die Lösung umfasst auch Software einschließlich maschinellem Lernen für die Zustandsüberwachung. Auf Basis interner und externer Sensoren und Messwerte können der Zustand des Gesamtsystems und sich anbahnender Verschleiß erkannt werden, bevor es zu einem Ausfall kommt. Fällt ein Sensor aus, kann der digitale Zwilling einspringen und einen Weiterbetrieb sicherstellen.

Die Aktuatoren reduzieren den Energiebedarf von Unterwasseranlagen deutlich. Darüber hinaus binden sie auch immer weiter entfernte Step-outs an. Das sind teilweise mehr als einhundert Kilometer weit von der Küste entfernte Ventile, die ebenfalls über Aktuaren geregelt werden müssen. Esea Push deckt modular das Leistungsspektrum für Ventile bis fünf Zoll Durchmesser mit bis zu 745 kN ab. Für größere Durchmesser und Drehmoment-Anforderungen von mehr als 35 kNm ist der Esea Drive konzipiert. Diese Einheit erzeugt die hohen Kräfte über ein tiefseetaugliches dezentrales Antriebsmodul mit geschlossenem Hydraulikkreislauf und besonderen Schutzmaßnahmen, die eine Kontamination durch Hydraulikflüssigkeit verhindern.

Alle Aktuatoren der Serie sind auf einen sicheren und zuverlässigen Unterwasserbetrieb von über 25 Jahren ausgelegt. Der Austausch ist mit Unterwasserrobotern möglich, ohne die Funktion der Ventile zu beeinträchtigen. Durch die digitalen Zwillinge verringert sich der Engineering- und Inbetriebnahmeaufwand der Aktuatoren für neue Anlagen. Darüber hinaus können sie auch in bereits bestehenden Installationen nachgerüstet werden.