Herausforderungen für die Lebensadern der modernen Welt meistern
Die ROSEN Gruppe ermöglicht im Energiesektor den sicheren Übergang von Kohlenwasserstoffen zu den Energieträgern der Zukunft. Hierbei kommen weltweit bewährte Transportsysteme zum Einsatz. Die ExpertInnen des Unternehmens arbeiten daran, die Voraussetzungen für den Transport neuer Energieträger zu schaffen und unterstützen die BetreiberInnen bei der sicheren und effizienten Nutzung der vorhandenen Infrastruktur – auch in Hinblick auf Umwelt- und Sicherheitsanforderungen.
Auf Grundlage des Pariser Abkommens hat die Internationale Energieagentur (IEA) im Jahr 2021 einen Fahrplan veröffentlicht, um Emissionen bis 2050 auf Netto-Null zu senken. Der Energiesektor generiert weltweit die meisten Treibhausgasemissionen und ist daher für das Ziel, die Erderwärmung unter 1,5°C zu halten, von zentraler Bedeutung. Extreme Wetterereignisse wie Waldbrände, Überschwemmungen und Wirbelstürme kommen immer häufiger vor. Das zeigt, wie dringend der Umstieg von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien ist.
Die Nachfrage nach nachhaltiger Energie wird im Zuge der weltweiten Umstellung auf eine NettoNull-Strategie weiter steigen. Wasserstoff (H2) wird hierbei als Energieträger eine Schlüsselrolle spielen. Die vorhandenen Leitungssysteme scheinen sehr gut für die Speicherung, den Transport und die Verteilung dieses erneuerbaren Energieträgers geeignet zu sein. Ganz so einfach ist es jedoch nicht, denn Wasserstoff stellt neue Herausforderungen an die Systeme, da die Materialien der Leitungssysteme anderen Belastungen ausgesetzt sind, als es beim Erdgastransport der Fall ist.
Pipelines für den Transport von Wasserstoff sind zwar den gleichen äußeren Gefahren ausgesetzt wie Erdgaspipelines, es ist aber wichtig, die unterschiedlichen Auswirkungen des Mediums auf die Materialien zu berücksichtigen. Wasserstoff reizt die mechanischen Möglichkeiten des Stahls, aus dem die Pipelines gefertigt sind, noch weiter aus. Deshalb ist es umso wichtiger, den Materialzustand zu überprüfen und Risse festzustellen. Wie ausgeprägt dieser Effekt ist, hängt von der Stahlsorte, der Mikrostruktur des Stahls, der H2-Konzentration und weiteren Faktoren ab.
Eine genaue Kenntnis der individuellen Gegebenheiten der Systeme ist für ihre Umwidmung von entscheidender Bedeutung. „Das ist unser Alltagsgeschäft, um die BetreiberInnen bestmöglich unterstützen zu können: Wir prüfen sorgfältig die Materialeigenschaften von Rohrleitungssystemen, um einen sicheren und effizienten Transport aller Energieträger zu gewährleisten“, sagt Marion Erdelen-Peppler, Head of Group Business Line Hydrogen and Future Fuels bei der ROSEN Gruppe in Lingen, Deutschland. „Wir verstehen uns als Pioniere, die die konventionelle und zukünftige Energiewirtschaft mitgestalten, indem wir uns an der Analyse der technologischen Möglichkeiten beteiligen.“
Topmodernes Wasserstofflabor
ROSEN verfügt wie kein anderes Unternehmen über die für die Energiewende erforderlichen Daten, die Erfahrung, Technologie und das H2- Know-how. Das Unternehmen hat eine breite Palette an Inline-Inspektions-Methoden für Wasserstoffpipelines. Wasserstoffbedingte Risiken und Defekte, die die Integrität des Transportsystems beeinträchtigen könnten, werden mit Hilfe der neuesten Sensortechnologien erkannt. In seinem hochmodernen Wasserstofflabor in Lingen, Deutschland, führt ROSEN Integritätsbewertungen auf der Grundlage von Materialeigenschaften durch.
Für die vollständige Umrüstung einer bestehenden Pipeline für den Wasserstofftransport oder die Einführung einer Wasserstoffmischung sind eine Reihe von Vorbereitungsmaßnahmen gesetzlich vorgeschrieben. „Unser stufenweiser Ansatz erleichtert unseren KundInnen die Umsetzung der Energiewende, aber vor allem wird die Einhaltung der technischen und regulatorischen Anforderungen sichergestellt“, erklärt Marion. Jeder der standardisierten Schritte füllt potenzielle Datenlücken und endet mit einer „Go/No-Go“- Entscheidung, um Kostengewissheit und maximale Projektsicherheit zu gewährleisten.
Wir verstehen uns als Pioniere, die die konventionelle und zukünftige Energiewirtschaft mitgestalten.
Pipelines für den Kohlendioxid-Transport
Neben neuen Energieträgern rückt auf dem Weg zu einer kohlenstoffneutralen Zukunft auch die Abscheidung, Nutzung und Speicherung von Kohlendioxid (Carbon Capture, Utilisation and Storage, CCUS) zunehmend in den Mittelpunkt des Interesses. Um den so genannten blauen Wasserstoff herzustellen, der hauptsächlich aus Erdgas gewonnen wird, muss auch CO2 abgeschieden und zu sicheren unterirdischen Speicherstätten transportiert werden. Es werden immer mehr CCUS-Projekte und Pilotinitiativen gestartet. Derzeit wird CCUS vor allem in Nordamerika eingesetzt, aber auch in Europa sind bis 2030 zahlreiche Projekte geplant. (IEA, CCUS-Projektdatenbank 2023)
„Ein zuverlässiges CO2 -Leitungsnetz ist für CCUS entscheidend“, sagt Michael Tewes, Business Line Manager Hydrogen and Future Fuels bei der ROSEN Gruppe mit Sitz in Lingen, Deutschland. Der Transport von abgeschiedenem CO2 zu den Speicherstätten klingt einfach, erfordert aber in der Praxis eine ausgeklügelte, widerstandsfähige Infrastruktur.
Dank seiner langjährigen Erfahrung im Bereich Inline-Inspektionen weiß Michael, dass eine gründliche Überwachung und Wartung für den erfolgreichen Betrieb eines CO₂-Leitungsnetzes unerlässlich sind: „Nur so kann sichergestellt werden, dass kritische Infrastrukturen ihren Zweck zuverlässig und sicher erfüllen, ohne die Umwelt oder das Gemeinwohl zu gefährden.“
Takeaways
Der Bedarf an H₂- und CO₂-Infrastruktur wird zunehmen. Gleichzeitig wird es während des Überganges noch jahrzehntelang Nachfrage für konventionellen Energietransport geben. Dabei ist mit regionalen Unterschieden in der Geschwindigkeit der Umstellung zu rechnen. ROSEN verfügt über umfangreiche Erfahrung bei der Umrüstung von Pipelines und betreibt eines der besten Analyselabore der Welt.
Die Wartung der Infrastruktur in den Bereichen Öl, Gas und Bergbau ist ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz. ROSEN unterstützt das Integritätsmanagement mit Lösungen, die Risiken und Ausfallzeiten minimieren.
Daten sind das wertvollste Gut im Energiesektor. ROSEN nutzt KI, um diesen Schatz für InfrastrukturbetreiberInnen nutzbar zu machen.
Laut dem aktuellen Bericht „Energy Transition Outlook 2024“ der Klassifikationsgesellschaft DNV ist die Kapazität der CCUS-Anlagen die sich in Betrieb, im Bau oder in der Entwicklung befinden zwischen 2022 und 2023 um fast 50% gestiegen. Der Ausbau und die Entwicklung einer zuverlässigen Verkehrsinfrastruktur brauchen Zeit. Wenn die Energiewende also gelingen soll, müssen die Entscheidungen über solche Projekte jetzt getroffen werden.
Der Transport von CO2 unterscheidet sich erheblich vom traditionellen Öl- und Gastransport. CO2 wird oft unter hohem Druck transportiert. Um einen sicheren Transport gewährleisten zu können, sind daher besondere Materialien und Leitungskonstruktionen erforderlich. Der Umgang mit unter Druck stehendem CO2 ist mit bestimmten Herausforderungen in Hinblick auf den sicheren Einschluss und die Lecksuche verbunden. Jedes Leck macht die klimabezogenen Vorteile zunichte und stellt eine ernsthafte Gefahr für die umliegenden Gemeinden und Ökosysteme dar.
Michael ist überzeugt: „Der Aufbau eines CO2- Leitungsnetzes ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern auch ein Bekenntnis zur öffentlichen Sicherheit und zum Umweltschutz.“ Hier kommen moderne Inspektions- und Integritätsmanagement-Verfahren ins Spiel. ROSEN hat bei der Inspektion von CO2-Pipelines mit unterschiedlichsten Technologien eine beeindruckende Erfolgsbilanz vorzuweisen. Das Unternehmen befasst sich bereits seit 2009 mit der sicheren Umrüstung von Systemen für den Transport von Kohlendioxid. Die MitarbeiterInnen von ROSEN haben die Herausforderungen und Probleme im Zusammenhang mit der Umnutzung vorhandener Pipelines genau analysiert und bewertet. Dabei sind diverse Studien entstanden, z. B. von Sameera Naib und Daniel Sandana über die erste kommerzielle Methan-Reformer-Wasserstoffproduktionsanlage am Standort der Valero-Raffinierie in Port Arthur in Texas, USA. Der Standort wurde 2013 in Betrieb genommen. (Zeitschrift Hydrocarbon Engineering, März 2024)
Der Aufbau eines CO₂-Leitungsnetzes ist nicht nur eine technische Herausforderung, sondern auch ein Bekenntnis zur öffentlichen Sicherheit und zum Umweltschutz.
Sicherheit und Schutz verbessern
Die Internationale Energieagentur berichtet, dass Satelliten im Jahr 2023 weltweit mehr als 5 Millionen Tonnen Methan-Emissionen von fossilen Brennstoffen aufgrund von großen Lecks festgestellt haben. Katastrophale Vorfälle wie von defekten Pipelines verursachte Gaslecks und Ölteppiche, machen deutlich, wie wichtig ROSENs Arbeit und ein solides Integritätsmanagement durch Pipeline-BetreiberInnen sind. Die Wartung, Reinigung und Inspektion dieser kritischen Infrastruktur ist jedoch nicht immer einfach. Ein Zusammentreffen bestimmter Umstände, zum Beispiel bezüglich der Konstruktion der Leitung, der Betriebsbedingungen und/oder Produkteigenschaften, kann Inline-Inspektionen mit herkömmlichen Methoden erschweren. ROSEN hat sich als Experte für besonders komplexe Aufgaben einen Namen gemacht.
Koexistenz von Technik und Natur
Aufgrund des steigenden Energiebedarfs und der alternden Infrastruktur sind die technischen Herausforderungen der Vergangenheit auch heute noch aktuell, und sie werden auch in Zukunft relevant bleiben. Wenn Pipelines nicht mit Standardmethoden bzw. -geräten inspiziert werden können, sind maßgeschneiderte Lösungen gefragt. Dies kann unter anderem der Fall sein, wenn ein Leitungssystem nicht in Betrieb ist, sehr enge Kurven oder extrem niedrige Durchfluss- oder Druckraten aufweist, die für den Einsatz konventioneller Inline-Inspektionsgeräte nicht ausreichen, oder ein Medium transportiert, das eine Herausforderung darstellt. Pipelines, die H2 oder Ammoniak transportieren, sind ebenso anspruchsvoll wie die Inspektion einer Pipeline, die Bitumen bei 150 °C transportiert. ROSEN wurde beispielsweise von einem kanadischen Betreiber beauftragt, eine Pipeline zu inspizieren, deren Durchmesser auf einer Strecke von 300 Metern von 8 auf 6 Zoll abnimmt. Aufgrund dieser Gegebenheiten war die Pipeline noch nie vollständig inspiziert worden, und dem Betreiber lagen nur sehr wenige Daten über ihren Zustand vor. Es schien keine Lösung zu geben, bei der es sich vermeiden ließ, einen Abschnitt unter einem Fluss hindurch auszugraben, was natürlich mit erheblichen Auswirkungen auf das örtliche Ökosystem und hohen Kosten verbunden gewesen wäre.
Die ROSEN Niederlassung in Kanada entwickelte ein neues Antriebssystem für ein InlineInspektionsgerät, um beide Abschnitte der Pipeline (mit 8 und 6 Zoll Durchmesser) untersuchen zu können. „Wir haben einen Plan entwickelt, um die Inspektion durchzuführen, ohne die Flora und Fauna entlang des Flussufers übermäßig zu stören“, sagt Zachary Farrell, Principal Project Manager bei ROSEN Canada. Das war besonders wichtig, da die Pipeline durch indigenes Land verläuft. ROSEN Canada arbeitete mit dem örtlichen indigenen Verband zusammen, um die Beeinträchtigung der Umwelt so gering wie möglich zu halten. Die Datensätze aus den Messungen der verschiedenen Abschnitte wurden anhand äquivalenter Schweißnähte verglichen. So konnten die Daten auf die gleiche Weise analysiert werden, wie Daten zu einer Pipeline mit gleichmäßigem Durchmesser. Der vollständige Bericht über den Abschnitt wurde dem Kunden sieben Tage nach der Inspektion zugestellt. Dank der umfassenden Datenanalyse konnte die Anlage nicht nur abgesichert werden, es wurden auch Risiken aufgrund unbekannter Integritätsmängel gesenkt, während die Umweltauswirkungen der Inspektion selbst minimiert werden konnten.
Die Wirtschaft am Laufen halten
In Westafrika wurde ROSEN beauftragt, zwei Ölpipelines auf Korrosion zu untersuchen. Die Pipelines befanden sich 120 Kilometer vor der Küste in einer Wassertiefe von 1100 Metern. Der Kunde bat um die Inspektion von zwei acht Kilometer langen Abschnitten.
Unter idealen Bedingungen hätte der Kunde das Rohrleitungssystem in einem Durchgang inspizieren können. Man wies ROSEN jedoch auf ein defektes Ventil hin, das ein Hindernis für das Inspektionsgerät darstellen könnte. In solchen Fällen muss der Betrieb normalerweise mindestens einmal unterbrochen werden, was eine Abschaltung der Stromerzeugungsanlage und der dazugehörigen Energieinfrastruktur mit sich bringen kann.
ROSEN schlug vor, die Inspektion aus beiden Richtungen der Pipeline durchzuführen und entwickelte ein kundenspezifisches Gerät für die Korrosionsinspektion, das genaue Daten und hochauflösende Bilder vom Zustand der Pipeline lieferte.
So konnte die Ausfallzeit auf ein Minimum reduziert werden, um die Sicherheit von Mensch und Umwelt zu gewährleisten, ohne das System in dieser Wassertiefe zu gefährden.
ExpertInnen für Pipeline-Integrität wünschen sich schon lange, Daten aus verschiedenen Tools zusammenführen zu können.
Größeres Verständnis dank Data Fusion und KI
Die Kombination vieler Datenquellen ist oft der beste Weg, um zuverlässige Informationen über den Zustand einer Anlage zu erhalten, wenn die Möglichkeiten von Computersystemen und menschlichen ExpertInnen begrenzt sind. Künstliche Intelligenz (KI) eröffnet neue Möglichkeiten, um Muster in großen Datenmengen zu erkennen und neue Erkenntnisse zu gewinnen.
Bei ROSEN werden bewährte Technologien wie MFL (Magnetic Flux Leakage) für Data Fusion auf neue Weise eingesetzt. Bei Data Fusion kommen 3-dimensionale Korrosionsprofile zum Einsatz, um die Integritätsbewertung von Metallverlusten bei Inline-Inspektionen (ILI) auf ein neues Niveau zu heben. Informationen von MFL-A- (axial) und MFL-C- (umlaufend) Geräten werden unter Verwendung eines Deep-Learning-Netzwerks kombiniert, um alle Arten von Metallverlustmerkmalen, unabhängig von ihrer Richtung oder Morphologie, umfassend zu erfassen. Die MFLData Fusion liefert eine mit einem Laser-Scan vergleichbare Datenqualität für die gesamte Pipelinelänge und führt zu einer deutlichen Verbesserung der Genauigkeit und Sicherheit bei der Meldung von Metallverlusten sowie einer optimierten Berstdruckberechnung. Wenn man den Zustand einer Pipeline kennt, kann man fundiertere Entscheidungen treffen und beispielsweise unnötige Grabearbeiten vermeiden, die kostspielig sind und Flora und Fauna beeinträchtigen.
Systematische Erhebung großer Datenmengen
„ExpertInnen für Pipeline-Integrität wünschen sich schon lange, Daten aus verschiedenen Inspektionsgeräten zusammenführen zu können“, sagt Hazem Rahmah, Service Manager für Data Fusion bei ROSEN in Lingen, Deutschland. ROSEN nutzt ein vortrainiertes Convolutional Neural Network (CNN) und neu entwickelte Algorithmen, um die Stärken verschiedener Inspektionstechnologien zu kombinieren und so verlässlichere Aussagen über den Zustand von Pipelines treffen zu können.
Hierbei stützt das Unternehmen sich auf eine umfangreiche Sammlung von systematisch erhobenen Daten aus verschiedenen Quellen. Dazu gehören Daten aus Inline-Inspektionen und -Tests, historische Aufzeichnungen von verschiedenen Anbietern, Daten aus geografischen Informationssystemen (GIS) und Umweltdaten. Das Unternehmen erforscht zunehmend den Einsatz von KI, um die Auswertung dieser riesigen Datenmengen für das Integritätsmanagement zu verbessern. "Ähnlich wie KI-gesteuerte Software bei der Erkennung von Krebs durch die Analyse medizinischer Bilder hilft, setzen wir mit Bedacht KI-Techniken ein, um ExpertInnen bei anlagenbezogenen Entscheidungsvorschlägen zu unterstützen", sagt Benjamin Wolters, Head of AI, Data & Architecture, Lingen.Zusammenspiel von Mensch und Maschine
ROSEN arbeitet insbesondere daran, mit Hilfe von KI eine qualitativ hochwertigere Datenanalyse zu ermöglichen, in der das Wissen aller DatenanalystInnen weltweit gebündelt und den KundInnen zur Verfügung gestellt wird, um Anlageninspektionen noch weiter zu verbessern. Außerdem unterstützt KI die AnalystInnen bei der Erkennung, Identifizierung und Größenbestimmung von Mängeln. Die Menschen tragen weiterhin die Verantwortung.
Da sich Mängel in Leitungssystemen im Laufe der Zeit verändern und bei neuen Energieträgern (wie H2, siehe oben) auch neue Arten von Mängeln auftreten können, ist dieses Zusammenspiel von Mensch und Maschine enorm wichtig. Die Menschen und Maschinen werden kontinuierlich mit neuen Daten trainiert, so dass der Wissensstand insgesamt steigt und alle potenziell gefährlichen Fehler schnell und zuverlässig erkannt werden können.
Mit diesem erweiterten Wissen schreibt ROSEN die Geschichte des Integritätsmanagements für Anlagen und auch die Unternehmensgeschichte weiter. Ganz im Sinne des Mottos: Sichern einer nachhaltigen Zukunft – empowered by technology.