© Dr. Oßmann / DBI-Leipzig
Wasserstoff
Wie kann Wasserstoff das Stromnetz flexibler machen?
Strom aus erneuerbaren Energien kann durch Umwandlung in Wasserstoff gespeichert und transportiert werden. Das Projektteam von HYDROgas entwickelt dafür eine innovative Gassensorik, die Reinheit und Gaskonzentration des Wasserstoffs misst.
Um das Energiesystem auf nachhaltige und klimafreundliche Technologien umzubauen, kommt der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie eine Schlüsselrolle zu. Die Stromproduktion auf diesen Wegen ist allerdings von natürlichen Bedingungen abhängig und unterliegt zeitlichen Schwankungen. Die Diskrepanz zwischen zeitlich schwankender Stromerzeugung und kontinuierlichem Energiebedarf stellt eine zentrale Herausforderung für ein auf erneuerbaren Energien basierendes Energiesystem dar. Einen Lösungsweg hierfür bietet die Power-to-Gas-Technologie, die die Basis für das Forschungsprojekt HYDROgas bildet.
Power-to-Gas-Technologie als Verfahren zur Sektorkopplung
Die Power-to-Gas-Technologie ist ein Ansatz, um das Stromsystem flexibler zu gestalten. Dabei wird Strom aus erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarenergie durch Elektrolyse in Wasserstoff (H₂) umgewandelt. Der daraufhin notwendige Transport des Wasserstoffs kann auf verschiedene Arten erfolgen.
Neue Gassensorik ermittelt Wasserstoffgehalt und Gasqualität
Im Projekt HYDROGAS haben die Wi.Tec Sensorik GmbH und DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH zusammengearbeitet. Die Unternehmen sind in den Bereichen Gasmess- bzw. Energietechnik tätig. Innerhalb des Projekts lag der Fokus der Forschenden auf der Reinheitsmessung von Wasserstoff in Wasserstoffnetzen. Zur Kontrolle der unterschiedlichen Gaskonzentrationen haben die Projektpartner ein neues Gasmessgerät entwickelt. Dazu kamen eine einfache Gassensorik, die aus mindestens drei Nichtdispersiven Infrarotsensor-Messungen (NDIR-Messungen) besteht, und eine Wasserstoff-Messung, die auf Basis der Wärmeleitfähigkeit arbeitet, zum Einsatz. Ziel der Forschenden war es, bestehende Verfahren wie die Gaschromatographie(GC)-Technik zu ersetzen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben die drei NDIR-Messungen zusammen mit der H2-Sensorik zu einem Modul kombiniert. Durch die Miniaturisierung konnten sie ein sehr kompaktes Modul aufbauen, das eine geringe Leistungsaufnahme hat und sich sehr gut in die Gerätetechnik integrieren lässt. Ein Prototyp dieser Bauart konnte im Projekt unter praxisnahen Bedingungen getestet werden. Sämtliche Gassensoren konnten die Forschenden in ein Geräte-Konzept integrieren, das für den praktischen Einsatz vor Ort geeignet ist.
Weiterer Forschungsbedarf zur Wasserstoffmessung
Insbesondere die Querempfindlichkeiten und Trägergasabhängigkeiten in dem komplexen Gasgemisch waren eine Herausforderung. Einfache Algorithmen konnten nicht den gewünschten Effekt hinsichtlich der Genauigkeit im Bereich von 98 bis 100 Volumenprozent liefern. Deshalb setzte das Forschungsteam in ersten Versuchen eine KI-basierte Signalverarbeitung ein. Die erzielten Ergebnisse fielen sehr positiv aus, sodass die Versuche nach Projektende fortgeführt werden sollen.
Das DBI Leipzig hat die Messmethode bereits unter realen Bedingungen an einer Wasserstoff-Pipeline in Milzau (Energiepark Bad Lauchstädt) getestet. Die Untersuchungen zeigten bislang ebenfalls sehr gute Ergebnisse.
Zusätzlich ist die Wasserstoff-Sensorik ein vielversprechender Ansatz für den Praxistransfer und um ihn in ein marktreifes Produkt umzusetzen. (nw)
