Zuverlässige, langfristig stabile Messgeräte zur Echtzeitbestimmung des Wasserstoffanteils
Es wird erwartet, dass die Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff in den kommenden Jahren drastisch zunehmen wird, da die Suche nach kohlenstoffarmen Alternativen zu fossilen Brennstoffen an Fahrt gewinnt. Wasserstoff kann aus erneuerbaren Energien und Wasser gewonnen werden und setzt bei der Verbrennung kein CO₂ frei; seine Eigenschaften unterscheiden sich jedoch so stark von denen von Erdgas, dass dies neue Überlegungen hinsichtlich der Messtechnik erforderlich macht.
Es gibt zahlreiche unterschiedliche Normen für die Wasserstoffqualität und mindestens ebenso viele Anforderungen seitens der Endverbraucher, die berücksichtigt werden müssen. Diese reichen von hochreinem Wasserstoff für Wasserstoff-Brennstoffzellen (z. B. 99,97 %, ISO 14687-2) bis hin zu Verbrennungsanwendungen, bei denen geringere Qualitäten (<98 %) ohne Weiteres ausreichen.
Die Herausforderung der Messung
Um sicherzustellen, dass die Reinheitsanforderungen erfüllt werden, wird die Wasserstoffqualität während der Produktion, des Transports und vor der Endnutzung gemessen. Bei besonders strengen Anforderungen müssen sowohl der Wasserstoffanteil als auch die Anteile aller Verunreinigungen bestimmt werden. In diesem Fall müssen die einzelnen Gaskomponenten direkt gemessen werden, beispielsweise mithilfe eines Gaschromatographen.
Für weniger anspruchsvolle Messaufgaben, wie beispielsweise die Bestimmung von Wasserstoffreinheiten in der Größenordnung von 98 % oder sogar 99,5 %, oder als Online-Überwachung der Wasserstoffreinheit und Gasqualität können korrelative Messtechniken eine hervorragende Alternative darstellen.
Warum die korrelative Messung bei Wasserstoff so gut funktioniert
Bei korrelativen Messungen wird die Messgröße (z. B. die Wärmeleitfähigkeit) durch Kalibrierung mit beispielsweise dem Wasserstoffanteil in Beziehung gesetzt. Messgeräte, die auf diesen Technologien basieren, sind deutlich kostengünstiger (sowohl bei den Investitions- als auch bei den Betriebskosten), erfordern weniger Wartung, sind robuster und lassen sich problemlos in die bestehende Infrastruktur integrieren.
Die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff unterscheiden sich stark von denen fast aller anderen Gase, weshalb korrelative Messgeräte für Anwendungen zur Bestimmung der Wasserstoffreinheit besonders nützlich sind. Solche Geräte basieren in der Regel auf der Messung der Wärmeleitfähigkeit, der Schallgeschwindigkeit oder der Dichte des Gasgemischs. Messgeräte, die auf der Wärmeleitfähigkeit basieren, wie beispielsweise das gasQS static von Mems AG, lassen sich leicht so konfigurieren, dass sie die Wärmeleitfähigkeit im gewünschten Bereich messen, unabhängig davon, ob dieser bei 99,5–100 %, 98–100 % oder sogar 0–2 % Wasserstoff liegt. Es ist zudem präzise, verfügt über eine ausgezeichnete Langzeitstabilität und ist temperatur- (-20 °C … +80 °C) und druckkompensiert (0 bar … 15 bar).
Genauigkeit, Grenzen und die Rolle korrelativer Messgeräte in der Wasserstoffwirtschaft
Eine Eigenschaft von Korrelationsmessgeräten mit einem einzigen Messgrößenparameter ist die Anforderung, dass das gemessene Gasgemisch quasi-binär sein und bei der Kalibrierung eingestellt werden muss; andernfalls können kleine Messfehler auftreten. Bei Anwendungen zur Bestimmung der Wasserstoffreinheit werden diese Fehler jedoch erheblich reduziert: Die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff ist so viel höher als die anderer Gase (mit Ausnahme von Helium), dass eine Veränderung des Anteils der Verunreinigungen keinen wesentlichen Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit des Gasgemischs und damit auf die Messgenauigkeit hat.
Die mit der sich entwickelnden Wasserstoffwirtschaft verbundenen Herausforderungen im Messbereich sind vielfältig, und es gibt keine Einheitslösung. Korrelative Messgeräte zeichnen sich durch Einfachheit, Kosteneffizienz und Robustheit aus und haben das Potenzial, eine wichtige Rolle bei Lösungen zur Messung der Wasserstoffreinheit zu spielen.
Erfahren Sie mehr über der gasQS™ static.