Sauberen Wasserstoff tanken

Solare Wasserstofftankstelle am Freiburger Fraunhofer-Institut (Bild: Fh.-ISE)

Probleme beim Tanken sollen das umwelt­freund­liche Wasserstoff-Auto nicht ausbremsen: Mit einem neuartigen Sensor­system wollen Andreas Schütze und sein Team von der Saar-Uni die gute Qualität und Reinheit des getankten Wasser­stoffs sicher­stellen. Das Verfahren, das den Wasser­stoff im laufenden Betrieb an der Zapf­säule permanent auf Verunrei­nigungen hin überwachen soll, entwickeln die Ingenieure zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, dem Zentrum für Mechatronik und Automati­sierungs­technik und Hydac Electronic. Auch der Mineralöl- und Erdgas-Konzern Shell ist am Projekt beteiligt. Das Bundes­wirtschafts­minis­terium fördert es mit rund zwei­einhalb Millionen Euro.

Keine Stickoxide, kein Ruß. Aus dem Auspuff kommt nur Wasser­dampf: Null Emissionen sind ein klarer Vorteil des Brenn­stoff­zellen-Autos. Den Strom für den Elektro­motor erzeugt der Wagen selbst an Bord aus Wasser­stoff und Sauer­stoff. Den Wasser­stoff tankt der Fahrer an der Tank­stelle. 700 bar Druck sorgen für eine flotte Betankung. Wichtig dabei: Die Qualität des Wasser­stoffs muss stimmen. Bei Herstellung, Transport oder Lagerung kann dieser verunreinigt werden. „Gelangen etwa Ammoniak oder Kohlen­wasser­stoffe in den Wasser­stoff, zum Beispiel wegen eines undichten Ventils, kann es zu einer Vergiftung der Brenn­stoff­zelle kommen“, erklärt der Sensor-Experte Schütze. Die Folge: Die Brenn­stoff­zelle produziert weniger Strom und das senkt Leistung und Reich­weite des Wagens. Im schlimmsten Fall bleibt das Fahrzeug liegen und es drohen dauer­hafte Schäden.

Donatella Puglisi von der Uni Linköping lässt sich von Andreas Schütze das Gas-Sensor­system der Saar­länder zeigen. (Bild: O. Dietze, UdS)

Mit einem neuartigen Sensorsystem wollen Schütze und seine Forschungs­partner die Wasser­stoff-Qualität permanent vor Ort überwachen. „Derzeit ist dies in Tank­stellen nicht möglich“, sagt Professor Schütze. Die Forscher entwickeln hierfür eine Infrarot-Mess­zelle, die auch unter extremen Beding­ungen bei hohem Druck verläss­liche und exakte Informa­tionen darüber liefert, wie es um den Zustand des Gases bestellt ist. Vergleichbare Systeme, die den Zustand von Öl überwachen, haben die Saar­brücker Sensor­system-Experten bereits zur Markt­reife gebracht.

Die Messzelle soll an der Zapfsäule integriert werden. In der Tank­leitung wird der Wasser­stoff durch ein Rohr strömen, eine so genannte Küvette. „Hier durch­leuchten wir das Gas mit einer Infrarot-Quelle und fangen die Strahlen auf der gegen­über­lie­genden Seite auf. Wenn sich das Gas chemisch verändert, ändert sich auch das empfangene Licht­spektrum. Hieraus können wir Rück­schlüsse auf Bei­mengungen und Ver­un­rei­ni­gungen ziehen“, erklärt Schütze.

„Wir erforschen derzeit, wie wir das neue Infrarot-Sensor­system in der Tank­leitung zusammen­stellen. Das System muss sehr unter­schied­liche Verun­reini­gungen sicher erkennen, die zudem deutlich geringer sind als etwa in Öl. Auch muss es den hohen Druck aushalten und unter diesen extremen Bedingungen den Wasser­stoff charak­teri­sieren“, erläutert Ingenieur Marco Schott, der als Doktorand an der Wasser­stoff-Messzelle arbeitet. (Quelle: UdS)

Link: HAlMa: H2- und Kationen-Kontamination – Alterungseffekte, Material- und Sensor­entwicklung; Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung von Mess­prinzi­pien zur H2-Qualitäts­überwachung, Zentrum für Mecha­tronik und Automati­sierungs­technik ZeMA, Univer­sität des Saar­landes, Saar­brückenWasserstoffinfrastruktur, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg i.Br.

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