Wasserstoff-Technologie
Brennstoffzellen-Sensorik: Tank- und Prozessdrücke sicher messen
Wasserstoff-Brennstoffzellen werden immer gefragter. Doch ihre Herstellung erfordert spezielles Know-how auch im Bereich der Sensorik. Dieser Beitrag erklärt, welche Messfühler in Brennstoffzellen-Systemen zum Einsatz kommen sollten – und welche nicht.
Wasserstoff ist äußerst vielseitig und kann eine ganze Reihe »technischer« Aufgaben übernehmen: Als Formier- oder Schutzgas reduziert es Oberflächenoxide. Als Kühlmittel führt es Wärme ab. Und in der Lebensmittelherstellung härtet es Pflanzenfette.
Vor allem aber kommt es in Brennstoffzellen zum Einsatz. In diesen oxidiert das Gas zu Wasser, ein Ablauf, der Energie in Form von Elektronen freisetzt. Diese kann dann entweder für Anwendungen wie Systeme zur unterbrechungsfreien Stromversorgung genutzt werden – oder für elektrische Antriebe vor allem in Straßen- und Wasserfahrzeugen.
Beste Aussichten für Brennstoffzellen-Hersteller
Der Markt für Brennstoffzellen wächst derzeit stark, da die Nachfrage nach Zellen für die dezentrale Stromversorgung oder den Einsatz in umweltschonenden elektrischen Flurförder- und anderen Fahrzeugen wächst. Erste marktreife Anwendungen wie Zellen etwa für den stationären Einsatz, für Service-Fahrzeuge in der Gastronomie oder für Sportboote verkaufen sich bereits recht gut; auch das Netz verfügbarer Wasserstoff-Tankstellen wächst.
Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer geht davon aus, dass der Umsatz mit Brennstoffzellen von derzeit rund 350 Millionen Euro bis 2020 auf dann zwei Milliarden Euro steigen wird.
Beste Sicherung für Zellen und Kreisläufe
Unternehmen, die von dieser Entwicklung profitieren wollen, brauchen entsprechendes Know-how sowie entsprechende Technologien und Werkstoffe – denn Brennstoffzellen und alle mit ihnen verbundenen Wasserstoff-führenden Systeme müssen bestens gesichert werden.
Wasserstoff verfügt nämlich über eine Reihe unangenehmer Eigenschaften, die seine Verwendung erschweren: Der Stoff permeiert (Permeation: Durchdrigung eines Stoffes) wegen seiner geringen Molekülgröße durch viele herkömmliche Dichtmaterialien. Zudem kann er bei niedrigen Temperaturen, wie sie etwa bei Wasserstoff-Betankungsvorgängen entstehen, hochfeste Stähle verspröden, das heißt brüchig machen. Beides kann, speziell bei mittleren und höheren Drücken, äußerst gefährlich sein: Der Stoff ist brennbar und reagiert beispielsweise heftig mit Sauerstoff, der außer in der Luft auch in anderen Materialien gebunden sein kann.
Deshalb kommt der Überwachung und Regelung von Wasserstoffkreisläufen eine besondere Bedeutung zu: Ohne geeignete Messfühler, die Druckveränderungen im Kreislauf dauerhaft zuverlässig überwachen, lässt sich kein sicherer Wasserstoffkreislauf entwickeln (der Stoff lagert meist unter Drücken von 400 bis 700 bar, dieser »Tankdruck« wird zur Überführung oder in der Anwendung auf den jeweiligen »Transport«- oder »Systemdruck« angepasst).
Technische Herausforderung »Sensorik«
Das Auswählen geeigneter Sensoren ist keineswegs einfach und erfordert einige Umsicht. Denn Standardsensoren ohne speziellen Schutz sind nicht für den Dauereinsatz mit Wasserstoff geeignet.
Und viele der am Markt erhältlichen wasserstoffbeständigen Messfühler haben einen anderen Nachteil – einen hohen Preis. Meist handelt es sich nämlich um »Standardsensoren« , deren Medien-berührende Oberflächen mit einer Goldbeschichtung versehen wurden. Diese schützt sie zwar tatsächlich gut gegen Wasserstoff – Gold hat eine sehr niedrige Wasserstoff-Diffusionsrate –, ist aber auch sehr teuer.
Natürlich werden auch wasserstoffbeständige Sensoren aus anderen Materialien und mit besserem Preis-Leistungsverhältnis verkauft. Doch Ihr Einsatz setzt ein wenig Fachwissen voraus.
Die nachfolgende Übersicht beschreibt die gängigsten Bauarten und Einsatzmöglichkeiten.
- Brennstoffzellen-Sensorik: Tank- und Prozessdrücke sicher messen
- Übersicht: Die besten Sensoren für Wasserstoff-Umgebungen
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