Ein entscheidendes Problem neuer Wasserstofftechnologien ist die leichte und sichere Lagerung ausreichender Mengen an Wasserstoff insbesondere für Nutzung bei tragbaren oder mobilen Anwendungen. Eine neue und innovative Technologie basierend auf gebündelte Kapillaren wurde entwickelt. Diese Systeme garantieren eine sichere Speicherung, Lagerung und kontrollierte Freisetzung von Wasserstoff, obgleich Speicherdrücke bis 1200 bar angewendet werden. Die neue Technologie ermöglicht die Lagerung einer erheblich größeren Menge Wasserstoff als andere Systeme und übertraf bereits die Zielsetzung des DOE 2010. Es wird erwartet, die DOE-Zielsetzung für das Jahr 2015 bereits in naher Zukunft zu erreichen. Hauptaspekt für die Speichertechnologie ist die Druckfestigkeit der Glaskapillaren. Es ist weithin bekannt, dass besonders Quarz eine dreimal höhere Festigkeit als Stahl hat. Gleichzeitig ist die Dichte ungefähr dreimal niedriger, was bedeutet, dass viel weniger Material notwendig ist, um die gleiche Druckfestigkeit zu erreichen. Die Druckfestigkeit einzelner Kapillare ist in der Abhängigkeit der Materialien, der Abmessungen, der Wandstärke etc. ermittelt worden, um optimale Parameter für die "finalen" Kapillaren herauszufinden.
Das Monte-Carlo-Experiment ermöglicht die numerische Simulation von statistischen Grundgesamtheiten und somit auch die Generierung von Festigkeitswerten für eine genau definierte Population von Druckgefäßen. In diesem Beitrag wird möglichst nachvollziehbar gezeigt, wie Werte generiert, Stichproben gezogen und ausgewertet werden. Auf dieser Basis wird auch gezeigt, wie die Wahrscheinlichkeit ermittelt wird, mit der Stichproben aus simulierten Populationen das Zulassungskriterium „Mindestberstdruck“ bestehen.
Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen.
Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht.
Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen.
So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen.
Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind.