Immer gute Qualität beim Wasserstoff-Tanken, keine Verunreinigungen, die
der Brennstoffzelle schaden: Professor Andreas Schütze und sein
Forscherteam von der Universität des Saarlandes entwickeln mit Partnern
ein Sensorsystem, das die Güte und Reinheit des Wasserstoffs direkt an der
Zapfsäule permanent im Auge behält. Die Infrarot-Messzelle soll in der
Tankleitung widrigsten Bedingungen standhalten: Sie soll trotz extrem
hohem Druck und schnellem Tankvorgang zuverlässig messen. Im Herbst geht
das System an einer Tankstelle in Testbetrieb.

Auf der Hannover Messe vom 1. bis 5. April zeigen die Messtechniker ihren
Hochdruck-Prüfstand am saarländischen Forschungsstand B46 in Halle 2.

Stimmen die Qualität und Reinheit des Treibstoffs nicht, ist das schlecht
fürs Auto. Das gilt auch für Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Zwar tankt der
Fahrer hier Wasserstoff, aber auch der kann verunreinigt sein. Während der
Produktion, auf dem Weg zur Tankstelle wie auch beim Pressen in die Tanks
können Schwefelkomponenten, Ammoniak oder Kohlenwasserstoffe in den
Wasserstoff gelangen. Und das trübt auch den Fahrspaß. „Es kann zu einer
Vergiftung der Brennstoffzelle kommen“, erklärt Sensor-Experte Andreas
Schütze von der Universität des Saarlandes. Bereits bei kleinen
Verunreinigungen können die Zellmembranen Schaden nehmen. Die
Brennstoffzelle produziert weniger Strom, bringt weniger Leistung und
weniger Kilometer auf die Straße. Kommt es hart auf hart, bleibt das Auto
mit dauerhaftem Schaden stehen.

Damit dies nicht passiert, entwickeln Schütze und sein Team mit Partnern
ein Verfahren, das der Brennstoffzelle guten Treibstoff und damit dem
Wasserstoff-Auto eine lange Lebensdauer sichern soll. Beteiligt sind das
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und das Unternehmen
Hydac Electronic.

Bislang wird Wasserstoff aufwändig und punktuell durch Stichproben und
Analysen in Laboren untersucht. An der Universität des Saarlandes und am
Saarbrücker Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (Zema)
arbeiten die Forscher an einem Sensorsystem, das die Wasserstoff-Qualität
permanent beim Tanken überwacht. „Die Herausforderungen hierbei liegen zum
einen in der erforderlichen Genauigkeit und zum anderen in den
Bedingungen, unter denen das Messsystem messen soll“, sagt Schütze:
Geballte 700 bis 900 bar Druck lassen die Tanknadel nach weniger als drei
Minuten am Anschlag stehen.

Die Forscher entwickeln deshalb eine Infrarot-Messzelle, die auch unter
diesen extremen Bedingungen verlässlich und exakt arbeitet. Den hohen
Druck nutzen sie sogar dazu, um die Empfindlichkeit ihres Verfahrens
weiter zu steigern. Für Öl und Flüssigkeiten haben Andreas Schütze und
sein Team solche Messzellen bereits zur Marktreife gebracht. Hier aber
betreten die Forscher Neuland. „Bislang gibt es keine Erfahrungen mit
Messungen bei derart hohem Druck. Normalerweise erfolgen solche Messungen
bei einem Druck von allenfalls 40 oder 50 bar“, sagt Andreas Schütze. Die
Messzelle für das geruchlose Gas wird direkt in der Tankleitung
untergebracht: Der Wasserstoff strömt dabei durch ein Röhrchen. „Hier
durchleuchten wir das Gas mit einer Infrarot-Quelle und fangen die
Strahlen auf der gegenüberliegenden Seite auf. Wenn sich das Gas chemisch
verändert, ändert sich auch das empfangene Lichtspektrum. Hieraus können
wir Rückschlüsse auf Beimengungen und Verunreinigungen ziehen“, erklärt
Andreas Schütze.

Derzeit führen die Forscher Experimente durch und ordnen Messwerte den
verschiedenen Verunreinigungen zu. Sie ergründen, welche Wellenlängen des
Infrarot-Lichts sich am besten eignen, und kalibrieren ihr System. Es
handelt sich dabei um Vorarbeiten für das Sensorsystem, das diesen Herbst
erstmals in der Zapfsäule einer Tankstelle in Testbetrieb gehen soll. „Wir
erforschen, ob und wie die Messwerte des Infrarot-Spektrums sich abhängig
vom Druck verändern. Das System muss sehr unterschiedliche
Verunreinigungen sicher erkennen, die zudem deutlich geringer sind als
etwa bei Öl“, erläutert Ingenieur Marco Schott, der als Doktorand an der
Wasserstoff-Messzelle arbeitet.

Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Projekt mit rund zweieinhalb
Millionen Euro.

Straßenlaternen als Ladepunkt für Elektrofahrzeuge umzunutzen – das ist
die Kernidee einer Forschungskooperation der Hochschule Koblenz und der
Energieversorgung Mittelrhein (evm). Gemeinsam verfolgen sie das Ziel, die
Elektromobilität dank neuer Ladeinfrastruktur-Technologie in Fahrt zu
bringen. Kommunen und Unternehmen beschäftigen sich mit der Frage, wie die
notwendige Ladeinfrastruktur für Bürger, Kunden und Mitarbeiter ausgebaut
werden kann. Aufwand und Kosten für den notwendigen Tiefbau sind häufig
eine Hemmschwelle. Hier setzt die Idee an, Straßenlaternen als Ladestation
zu nutzen. Nach wenigen Monaten Entwicklung haben die Forschungspartner
nun einen ersten Prototyp vorgestellt.

Die Idee, bestehende Infrastruktur von Straßenlaternen zum Laden von
Fahrzeugen zu nutzen, ist nicht neu. Doch die bereits erhältlichen
Lösungen für das Laden an Straßenlaternen haben sich auf dem Markt bisher
nicht durchgesetzt. Das Kooperationsteam sieht den Grund hierfür vor allem
in der langen Ladedauer, die bei den bestehenden Konzepten benötigt wird.
Der Prototyp zeigt, dass es auch anders geht: Mit einer
Ladegeschwindigkeit, die sonst nur Schnell-Ladesäulen bieten, kann unter
den richtigen Voraussetzungen auch an Straßenlaternen oder den
Laternenmasten auf Betriebshöfen geladen werden.

Durch die neue Technik verkürzt sich die Ladezeit deutlich: Mit jeder
Minute Ladezeit lädt man etwa drei Kilometer Reichweite auf, so dass das
Vollladen je nach Auto in knapp zwei Stunden erledigt sein kann. „Damit
könnten zukünftig E-Autos öfter mal eben auf dem Parkplatz beim Discounter
oder auf dem Mitarbeiterparkplatz beim Arbeitgeber aufgeladen werden. Das
wäre vergleichbar mit dem Laden eines Smartphones, wie es inzwischen auch
an vielen öffentlichen Orten möglich ist“, so Projektleiter Prof. Dr.
Johannes Stolz aus dem Fachbereich Ingenieurwesen der Hochschule Koblenz.

Beim jüngsten Treffen der Forschungsgemeinschaft nahmen Vertreterinnen und
Vertreter von evm und Hochschule Koblenz das Demonstrationsmodell der
schnellen Laternenladesäule in Augenschein. Bei dieser Gelegenheit
diskutierten sie weitere Ideen zu deren Verbesserung sowie Nutzung.
Student Domenic Frank, der derzeit im Masterstudiengang Systemtechnik
seine Abschlussarbeit über dieses Projekt schreibt, erklärte die
Fortschritte, die Entwicklung des Prototyps sowie die Möglichkeiten zur
Weiterentwicklung des Konzepts hin zu einer praktischen Realisierung im
städtischen Netz.

„Die Zusammenarbeit der Hochschule mit der evm in diesem Projekt basiert
vor allem auf einem ständigen Informationsaustausch, bei dem immer wieder
die Untersuchungsergebnisse mit den Erfahrungen aus der Praxis abgeglichen
worden sind“, betont Kathrin Laymann vom Team Städte- und Energiepolitik
der evm, „Mitarbeiter aus verschiedenen Bereichen und Gesellschaften der
evm-Gruppe haben im Laufe des Projektes ihre Erfahrungen miteinfließen
lassen.“ Zudem habe die evm Elektrofahrzeuge zum Messen und Versuchen
bereitgestellt.

Nach dem ersten Prototyp an der Hochschule wird nun intern geprüft, ob
weitere Prototypen bei der evm getestet werden und welche Anforderungen
diese erfüllen sollten.