Brandstofcelvoertuigen hebben waterstof nodig om te werken, maar die waterstof moet vrij zijn van verontreinigingen die de brandstofcel kunnen beschadigen. Professor Andreas Schütze en zijn onderzoeksteam aan de Universiteit van Saarland werken samen met onderzoekspartners om een ​​sensorsysteem te ontwikkelen dat continue in-situ monitoring van de waterstofkwaliteit bij waterstoftankstations kan bieden. De infrarood meetcel wordt in het waterstoftankstation geïnstalleerd en zal onder zeer uitdagende omstandigheden moeten werken.

Het sensorsysteem moet betrouwbaar werken, ondanks extreem hoge drukken en korte tanktijden. Het nieuwe sensorsysteem wordt dit najaar operationeel getest. Het onderzoeksteam uit Saarbrücken zal dit jaar vanaf 1 april aanwezig zijn op de Hannover Messe, waar ze hun hogedruktestbank zullen presenteren op de Saarland Research and Innovation Stand (hal 2, Stand B46).

Auto's houden er niet van als ze worden gedwongen om op brandstoffen van lage kwaliteit of met een lage zuiverheid te rijden. En hetzelfde geldt voor voertuigen die worden aangedreven door brandstofceltechnologie. De bestuurder van een brandstofcelvoertuig tankt waterstof in plaats van fossiele brandstof, maar zelfs waterstof kan verontreinigd zijn. Onzuiverheden zoals zwavelhoudende verbindingen, ammoniak of koolwaterstoffen kunnen de waterstof allemaal verontreinigen tijdens het productieproces, tijdens het transport naar het waterstofstation of tijdens het bijvulproces. En dat kan het autorijden een stuk minder plezierig maken.

"Verontreinigingen kunnen de brandstofcel zelfs vergiftigen, ", legt sensorexpert professor Andreas Schütze van de Universiteit van Saarland uit. Zelfs lage niveaus van onzuiverheden kunnen de brandstofcelmembranen beschadigen. de brandstofcel produceert minder elektriciteit, vermogen wordt verminderd en het voertuig legt kortere afstanden af. In het slechtste geval, de brandstofcel wordt onherstelbaar beschadigd en de auto stopt gewoon met rijden.

Om te voorkomen dat het ooit zo ver komt, Schütze en zijn team hebben met onderzoekspartners samengewerkt om technologie te ontwikkelen die ervoor zorgt dat de brandstofcel alleen wordt gevoed met waterstof van hoge zuiverheid, waardoor de levensduur van de brandstofcel wordt verlengd. Projectpartners zijn onder meer het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE en Hydac Electronic GmbH.

Tot nu toe, de zuiverheid van de waterstof werd bepaald door monsters in een laboratorium te analyseren. Aan de Universiteit van Saarland en aan het Zema-Center for Mechatronics and Automation Technology in Saarbrücken, onderzoekers werken aan een sensorsysteem dat tijdens het tanken continu de kwaliteit van de waterstof bewaakt. "De uitdaging is tweeledig:meten op het vereiste precisieniveau en omgaan met de omstandigheden waaronder het sensorsysteem moet werken, ", zegt Schütze. Het tankproces maakt gebruik van waterstofdrukken van 700 tot 900 bar en duurt minder dan drie minuten.

Het onderzoeksteam ontwikkelt daarom een ​​infrarood meetcel die onder deze extreme omstandigheden betrouwbaar en nauwkeurig kan meten. De zeer hoge drukken waaraan hun sensoren worden blootgesteld, worden door het team gebruikt om de gevoeligheid van hun proces verder te verbeteren.

Andreas Schütze en zijn onderzoeksteam hebben al verkoopbare meetcellen geproduceerd voor het bewaken van de kwaliteit van oliën en andere vloeistoffen. Maar door de druk waarmee de onderzoekers nu te maken hebben, bevinden ze zich op onbekend terrein.

"Tot nu toe, niemand heeft metingen van dit type gedaan bij zulke hoge drukken. Normaal gesproken, dit soort metingen worden gedaan bij drukken van maximaal 40 of 50 bar, " zegt Andreas Schütze. De meetcel voor het geurloze gas H2 is geïnstalleerd in het waterstoftankstation en de waterstofbrandstof stroomt door een buisje. "We verlichten het gas dat door de buis gaat met licht van een infraroodbron en we vangen het licht op flauwvallen aan de andere kant van de buis. Als er een verandering is opgetreden in de chemische samenstelling van het gas, het infraroodspectrum zal dienovereenkomstig veranderen. Hierdoor kunnen we de aanwezigheid van ongewenste toevoegingen of verontreinigingen detecteren, " legt professor Schütze uit.

Leden van zijn onderzoeksteam voeren momenteel experimenten uit en kennen bepaalde infraroodabsorptiesignalen toe aan de verschillende verontreinigingen. Ook bepalen ze welke golflengten van het infraroodspectrum het meest geschikt zijn voor de metingen en kalibreren ze het systeem. Deze belangrijke voorbereidende fasen moeten nog voor dit najaar zijn afgerond, wanneer het sensorsysteem wordt geïnstalleerd in een waterstoftankstation voor operationele tests. "Een van de vragen die we momenteel bestuderen, is of en hoe de intensiteit van het infraroodspectrum dat we meten verandert met druk. Het sensorsysteem moet een reeks verontreinigingen betrouwbaar kunnen detecteren bij concentraties die aanzienlijk lager zijn dan wat we vinden in oliën, " legt Marco Schott uit, een promovendus die werkt aan de waterstofmeetcel.