Pränormative Forschungsarbeiten zur Schaffung einer Datengrundlage zur notwendigen Anpassung der ISO-Norm für die Wasserstoffabgabequalität an Tankstellen im Rahmen der Revision 2020 unter Berück-sichtigung aktueller und zukünftiger Brennstoffzellenkonfigurationen sowie der Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems; Teilprojekt E

Abstract

Brennstoffzellen benötigen für ihren Betrieb hochreinen Wasserstoff. Ziel dieses Teilvorhabens war es, eine on-line Messmethode auf Basis der Photoakustik-Spektroskopie zu entwickeln, mit der die Einhaltung von Schadgasgrenzkonzentrationen bei der Abgabe von Wasserstoff an Tankstellen kontrolliert werden kann. Grundlage der Photoakustik-Spektroskopie ist die Umwandlung der von Molekülen absorbierten Energie in Schall. Dieses Messprinzip stellt eine direkte Proportionalität zwischen Messsignal und Konzentration der Gaskomponente her und eignet sich zur Messung von Spurengaskonzentrationen im einstelligen ppb-Bereich. Da keine Daten zu photoakustische Untersuchungen in komprimierten Wasserstoff bis dato vorlagen, wurde mit diesem Vorhaben Neuland beschritten, da Wasserstoff sich in Schallgeschwindigkeit, Viskosität und Dichte von anderen Gasen grundlegend unterscheidet. Die verwendete Photoakustik-Apparatur wurde in Hinblick aus das Vorhabenziel so ausgelegt, dass sie für on-line Messungen unter industriellen Bedingungen geeignet war. Zur Bewertung des Wasserstoffs als Trägergas wurden die Spurengasdetektion mit Messungen in komprimierter Luft verglichen. Bereits bei Atmosphärendruck wiesen gleichkonzentrierte Spurengase in Wasserstoff im Vergleich zu denen in Luft deutlich geringere Signale aus. Bei gleichen Analytgaskonzentrationen wurde das Photoakustik-Signal in Luft bei Drucksteigerung überproportional verstärkt, während es in Wasserstoff bei Drucksteigerung nichtlinear abfiel. Zur Einschätzung des Technischen Reifegrades (TRL) wurden externe Messungen an einer Wasserstoffabfüllanlage im Chemieparkt Marl durchgeführt. Trotz der geringeren Nachweisempfindlichkeit in komprimiertem Wasserstoff gegenüber den Messungen in Druckluft ließen sich Alkankonzentrationen von 1 ppb bei Drücken bis zu 20 bar unter Einhaltung der DIN 32645 messen, die fordert, dass das zu detektierende Signal den zehnfachen Wert der Signalunschärfe aufzuweisen hat. Aus der Durchführung und dem Ablauf der extern durchgeführten Messungen wurde der gegenwärtige technische Reifegrad der Apparatur mit TRL 5 bewertet.