Ziel des Projekts ist ein kostengünstiges Sensorarray, das mehrere Messmethoden kombiniert, um Verunreinigungen im sub-ppm-Bereich zu detektieren.
Spuren von Sauerstoff und Feuchte im Wasserstoff haben gravierende Auswirkungen auf die Effizienz, Sicherheit und Lebensdauer wasserstoffführender Systeme: Geringe Verunreinigungen in Wasserstoff-Brennstoffzellen und Elektrolyseuren senken die Leistung, verringern die Lebensdauer und erhöhen das Explosionsrisiko. Restfeuchte im Wasserstoff lässt Rohrleitungen und Armaturen korrodieren und Metalle verspröden; bei ultra-tiefen Temperaturen, z. B. an Wasserstoff-Tankstellen, können Ventile vereisen. Die Reinheit von Wasserstoff als Kraftstoff ist daher durch eine ISO-Norm geregelt und darf nicht mehr als 5 ppm (part per million) betragen.
Kostengünstiges Sensorarray für flächendeckendes Monitoring
Bisher wird die Qualität von Wasserstoff mithilfe von Gaschromatographen und Spektrometern kontrolliert. Letztere sind in der Lage, auch sehr geringe Sauerstoffkonzentrationen und Restfeuchte nachzuweisen. Diese Messmethoden sind zeitaufwändig, teuer und ermöglichen lediglich punktuelle Reinheitsprüfungen. Ein kostengünstiges Sensorarray soll in Zukunft die Wasserstoffreinheit an kritischen Punkten der Infrastruktur kontinuierlich und in Echtzeit überwachen und dabei vor allem Verunreinigungen durch Wasser und Sauerstoff detektieren. Die Forschenden am Fraunhofer IPM kombinieren im Rahmen von GRID_FUSE Ultraschallsensoren, Wärmeleitfähigkeitsmesstechnik und Ultraschalldurchflussmesser in einer Sensoranordnung. Die fusionierten Sensordaten werden mithilfe KI-basierter Fusionsalgorithmen analysiert, um den Reinheitsgrad des Gases präzise bewerten zu können. Zur Charakterisierung der Sensoren wird am Fraunhofer IPM ein druckdichter Messplatz für den Nachweis von Wasserstoff-Verunreinigungen bei kleinen Flüssen aufgebaut.
