Nyt sensorsystem sikrer brændstofkvaliteten på brinttankstationer

Brændselscellekøretøjer har brug for brint for at fungere, men at brint skal være fri for enhver forurening, der kan beskadige brændselscellen. Professor Andreas Schütze og hans forskerhold ved Saarland University samarbejder med forskningspartnere om at udvikle et sensorsystem, der kan levere kontinuerlig in situ overvågning af brintkvaliteten på brinttankstationer. Den infrarøde målecelle vil blive installeret inde i brinttankstationen og skal fungere under meget udfordrende forhold.

Sensorsystemet skal fungere pålideligt, trods ekstremt højt tryk og korte tanktider. Det nye sensorsystem skal til efteråret være i drift. Forskerholdet fra Saarbrücken vil være på dette års Hannover Messe, der starter den 1. april, hvor de vil fremvise deres højtrykstestrigg på Saarland Research and Innovation Stand (Hal 2, Stand B46).

Biler kan ikke lide det, hvis de er tvunget til at køre på brændstoffer af lav kvalitet eller lav renhed. Og det samme gælder for køretøjer drevet af brændselscelleteknologi. Føreren af ​​et brændselscellekøretøj fylder brint i stedet for et fossilbaseret brændstof, men selv brint kan være forurenet. Urenheder såsom svovlholdige forbindelser, ammoniak eller kulbrinter kan alle forurene brinten under produktionsprocessen, under transport til brintstationen eller under genopfyldningsprocessen. Og det kan gøre kørslen meget mindre behagelig.

"Forurenende stoffer kan faktisk forgifte brændselscellen, " forklarer sensorekspert professor Andreas Schütze fra Saarland University. Selv lave niveauer af urenheder kan beskadige brændselscellemembranerne. Som følge heraf, brændselscellen producerer mindre elektricitet, Effekten reduceres, og køretøjet kører kortere strækninger. I værste fald, brændselscellen vil blive irreversibelt beskadiget, og bilen vil simpelthen stoppe med at køre.

For at forhindre, at tingene nogensinde kommer så langt, Schütze og hans team har arbejdet med forskningspartnere for at udvikle teknologi, der sikrer, at brændselscellen kun tilføres brint med høj renhed, derved forlænge brændselscellens levetid. Projektpartnere omfatter Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE og Hydac Electronic GmbH.

Indtil nu, brintens renhed blev bestemt ved at analysere prøver i et laboratorium. På Saarland University og på Zema-Center for Mekatronik og Automationsteknologi i Saarbrücken, forskere arbejder på et sensorsystem, der løbende overvåger kvaliteten af ​​brinten under tankningsprocessen. "Udfordringen er dobbelt:måling med det nødvendige præcisionsniveau og håndtering af de forhold, som sensorsystemet skal fungere under, " siger Schütze. Tankningsprocessen bruger brinttryk på 700 til 900 bar og varer mindre end tre minutter.

Forskerholdet er derfor ved at udvikle en infrarød målecelle, der kan måle pålideligt og præcist under disse ekstreme forhold. De meget høje tryk, som deres sensorer udsættes for, bruges af holdet til yderligere at forbedre følsomheden af ​​deres proces.

Andreas Schütze og hans forskerhold har allerede produceret omsættelige måleceller til overvågning af kvaliteten af ​​olier og andre væsker. Men det pres, som forskerne nu skal håndtere, betyder, at de befinder sig på ukendt territorium.

"Indtil nu, ingen har foretaget målinger af denne type ved så høje tryk. Normalt, denne slags målinger udføres ved tryk på højst 40 eller 50 bar, " siger Andreas Schütze. Målecellen for den lugtfri gas H2 er installeret inde i brinttankstationen, og brintbrændstoffet strømmer gennem et lille rør. "Vi belyser gassen, der passerer gennem røret med lys fra en infrarød kilde, og vi opsamler lyset passerer ud på den modsatte side af røret. Hvis der er sket en ændring i den kemiske sammensætning af gassen, det infrarøde spektrum vil ændre sig tilsvarende. Dette giver os mulighed for at opdage tilstedeværelsen af ​​uønskede tilsætningsstoffer eller forurenende stoffer, " forklarer professor Schütze.

Medlemmer af hans forskerhold udfører i øjeblikket eksperimenter og tildeler særlige infrarøde absorptionssignaler til de forskellige forurenende stoffer. De bestemmer også, hvilke bølgelængder af det infrarøde spektrum, der er bedst egnede til målingerne, og kalibrerer systemet. Disse vigtige forberedende faser skal afsluttes inden dette efterår, når sensorsystemet vil blive installeret i en brinttankstation til driftsforsøg. "Et af de spørgsmål, vi studerer i øjeblikket, er, om og hvordan intensiteten af ​​det infrarøde spektrum, vi måler, ændrer sig med tryk. Sensorsystemet skal være i stand til pålideligt at detektere en række forurenende stoffer ved koncentrationsniveauer, der er væsentligt under, hvad vi finder. i olier, " forklarer Marco Schott, en ph.d.-studerende, der arbejder på brint-målecellen.