Neues Sensorsystem misst Wasserstoff-Qualität an Tankstelle

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, demZentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik und Hydac Electronic. Auch der Mineralöl- und Erdgas-Konzern Shell ist am Projekt beteiligt. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Projekt mit rund zweieinhalb Millionen Euro, 570.000 Euro davon fließen ins Saarland.

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 Andreas Schütze von der Saar-Universität. 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.

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.

Einsicht durch Infrarotlicht

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 Andreas 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.