Immer gute Qualität beim Wasserstoff-Tanken, keine Verunreinigungen, die
der Brennstoffzelle schaden: Professor Andreas Schütze und sein
Forscherteam von der Universität des Saarlandes entwickeln mit Partnern
ein Sensorsystem, das die Güte und Reinheit des Wasserstoffs direkt an der
Zapfsäule permanent im Auge behält. Die Infrarot-Messzelle soll in der
Tankleitung widrigsten Bedingungen standhalten: Sie soll trotz extrem
hohem Druck und schnellem Tankvorgang zuverlässig messen. Im Herbst geht
das System an einer Tankstelle in Testbetrieb.
Auf der Hannover Messe vom 1. bis 5. April zeigen die Messtechniker ihren
Hochdruck-Prüfstand am saarländischen Forschungsstand B46 in Halle 2.
Stimmen die Qualität und Reinheit des Treibstoffs nicht, ist das schlecht
fürs Auto. Das gilt auch für Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Zwar tankt der
Fahrer hier Wasserstoff, aber auch der kann verunreinigt sein. Während der
Produktion, auf dem Weg zur Tankstelle wie auch beim Pressen in die Tanks
können Schwefelkomponenten, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffe in den
Wasserstoff gelangen. Und das trübt auch den Fahrspaß. „Es kann zu einer
Vergiftung der Brennstoffzelle kommen“, erklärt Sensor-Experte Andreas
Schütze von der Universität des Saarlandes. Bereits bei kleinen
Verunreinigungen können die Zellmembranen Schaden nehmen. Die
Brennstoffzelle produziert weniger Strom, bringt weniger Leistung und
weniger Kilometer auf die Straße. Kommt es hart auf hart, bleibt das Auto
mit dauerhaftem Schaden stehen.
Damit dies nicht passiert, entwickeln Schütze und sein Team mit Partnern
ein Verfahren, das der Brennstoffzelle guten Treibstoff und damit dem
Wasserstoff-Auto eine lange Lebensdauer sichern soll. Beteiligt sind das
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und das Unternehmen
Hydac Electronic.
Bislang wird Wasserstoff aufwändig und punktuell durch Stichproben und
Analysen in Laboren untersucht. An der Universität des Saarlandes und am
Saarbrücker Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (Zema)
arbeiten die Forscher an einem Sensorsystem, das die Wasserstoff-Qualität
permanent beim Tanken überwacht. „Die Herausforderungen hierbei liegen zum
einen in der erforderlichen Genauigkeit und zum anderen in den
Bedingungen, unter denen das Messsystem messen soll“, sagt Schütze:
Geballte 700 bis 900 bar Druck lassen die Tanknadel nach weniger als drei
Minuten am Anschlag stehen.
Die Forscher entwickeln deshalb eine Infrarot-Messzelle, die auch unter
diesen extremen Bedingungen verlässlich und exakt arbeitet. Den hohen
Druck nutzen sie sogar dazu, um die Empfindlichkeit ihres Verfahrens
weiter zu steigern. Für Öl und Flüssigkeiten haben Andreas Schütze und
sein Team solche Messzellen bereits zur Marktreife gebracht. Hier aber
betreten die Forscher Neuland. „Bislang gibt es keine Erfahrungen mit
Messungen bei derart hohem Druck. Normalerweise erfolgen solche Messungen
bei einem Druck von allenfalls 40 oder 50 bar“, sagt Andreas Schütze. Die
Messzelle für das geruchlose Gas wird direkt in der Tankleitung
untergebracht: Der Wasserstoff strömt dabei durch ein Röhrchen. „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.
Derzeit führen die Forscher Experimente durch und ordnen Messwerte den
verschiedenen Verunreinigungen zu. Sie ergründen, welche Wellenlängen des
Infrarot-Lichts sich am besten eignen, und kalibrieren ihr System. Es
handelt sich dabei um Vorarbeiten für das Sensorsystem, das diesen Herbst
erstmals in der Zapfsäule einer Tankstelle in Testbetrieb gehen soll. „Wir
erforschen, ob und wie die Messwerte des Infrarot-Spektrums sich abhängig
vom Druck verändern. Das System muss sehr unterschiedliche
Verunreinigungen sicher erkennen, die zudem deutlich geringer sind als
etwa bei Öl“, erläutert Ingenieur Marco Schott, der als Doktorand an der
Wasserstoff-Messzelle arbeitet.
Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Projekt mit rund zweieinhalb
Millionen Euro.
