Abnahmesystem zur Sicherung der Betankungs- und Wasserstoffqualität

Wasserstoff ist regenerativ in großen Mengen herstellbar und aufgrund des hohen Energieinhaltes ein idealer Kraftstoff für Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Der Tankvorgang mit bei 700 bar gespeichertem Druckgas dauert nur rund drei Minuten, um damit 400 bis 700 km weit fahren zu können. Brennstoffzellenfahrzeuge werden derzeit in den Markt eingeführt. Parallel dazu erfolgt weltweit der Aufbau von Wasserstoff-Tankstellen. Gegenwärtig werden bundesweit rund 50 Zapfstationen installiert. Bis 2018/2019 soll die Zahl auf 100 steigen. Das Ziel bis 2023 sind 400 Stationen.
Konventionelle Tankstellen für flüssige Kraftstoffe werden von Eichämtern bezüglich korrekter Mengenabgaben überprüft. Zur Qualität der Brennstoffe existiert eine etablierte Analytik. Für den künftigen Kraftstoff Wasserstoff (H₂), der als Gas mit hohem Druck in die Brennstoffzellenfahrzeuge abgefüllt wird, sind diese Anforderungen noch recht neu: Für H₂-Stationen gelten die gesetzlichen Regelungen zum sicheren Umgang mit Gasen. Sogenannte Betankungsprotokolle nach Industrienorm regeln die wasserstoffbedingten Anforderungen an den Tankvorgang, beispielsweise den Temperaturbereich beim Umfüllen und Verdichten des Gases, die Mengenmessung oder die Überprüfung der Dichtheit des Zapfvorgangs. Dies muss bei der Abnahme nachgewiesen und in regelmäßigen Abständen überprüft werden. Die Tests dazu sind im 2014 veröffentlichten technischen Industriestandard SAE J2601 festgehalten. Er soll die Regelungen zu Betankungsvorgängen mit Wasserstoff weltweit harmonisieren.
Mit dem neuen, mobilen Abnahmesystem für Wasserstoff-Stationen des ZSW können die Forscher die Einhaltung der Druck- und Temperaturgrenzwerte und der Infrarot-Kommunikation zwischen Fahrzeug und Tankstelle entsprechend der SAE J2601 überprüfen sowie getankte Wasserstoffmengen mittels integrierter Waage und einem Durchflusssensor messen.
Bei der Wasserstoff-Herstellung, dem Transport zur Tankstelle und beim Verdichten des Gases können Verunreinigungen, beispielsweise durch Kohlenmonoxid, auftreten, die die Brennstoffzellen schädigen. Die Grenzwerte, die Verunreinigungen nicht überschreiten dürfen, sind in den Industrienormen SAE J2719 bzw. der ISO14687-2 definiert. Das mobile Abnahmesystem des ZSW entnimmt während und nach der Betankung Wasserstoff-Proben, die von den Ulmer Forschern auf ihre Qualität im Labor überprüft werden. Mehrere Probenentnahme- und Analyseaufträge bezüglich der Leitwerte der SAE J2719/ ISO14687-2 für Verunreinigungen wurden bereits erfolgreich bearbeitet.
Das ZSW arbeitet auch an Onlinemonitoring-Konzepten zur schnelleren Bewertung der Wasserstoffqualität. In elektrochemischen Schlüsselversuchen wurde die Tauglichkeit eines neuen Wasserstoffqualitätssensors nachgewiesen, der sensibel auf die Schadanteile im Wasserstoff reagiert. Ziel der Wissenschaftler ist es, die Überwachung der Wasserstoffqualität an Tank- und Abfüllstellen einfacher und kostengünstiger zu gestalten. Die vom Umweltministerium Baden-Württemberg geförderte Begleitforschung am ZSW zur Wasserstoff- und Betankungsqualität ist ein weiterer Baustein zur Unterstützung der Markteinführung klimafreundlicher Brennstoffzellen-Autos.
_{(Quelle: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW))}