Die großen Zeitalter des Menschen lassen sich sehr deutlich an den Energieträgern und Technologien, die ihnen jeweils zu Verfügung standen, erkennen und voneinander unterscheiden. Ob Brennholz und Bronzeaxt oder Dampfmaschine und Kohle, Technologien prägen die Wirtschaft und damit die Gesellschaft. Den gewaltigen Boom des letzten Jahrhunderts, der uns eine nie gekannte Mobilität verschafft hat, haben wir den fossilen Energieträgern und den damit einhergehenden Verbrennungskraftmaschinen zu verdanken. Dieses Zeitalter ist nun angezählt, denn die Klimakrise zeigt uns, dass wir zukünftig nur noch auf klimaneutrale Energie setzen können. Die neuen Anforderungen werden nun in Technologie übersetzt, um das Wirtschaften von heute und morgen zu ermöglichen. Wenn diese Transformation abgeschlossen ist, wird unsere Welt eine andere sein.
Auf dem Weg dieser Transformation sind wir schon weit gekommen: Windkraftwerke und Photovoltaik sind selbstverständlich geworden, der elektrisch betriebene PKW erobert soeben die Straße. Die nächsten Herausforderungen sind skalierbare Energieträger für energieintensive Industrien, aber auch Speichertechnologien für unterschiedlichste Anwendungen. Wir wollen heute nicht auf die Oberfläche blicken, wo die Veränderung sichtbar wird, sondern gehen in den Maschinenraum, wo Bausteine der Transformation entwickelt werden.
Doch wir bei lumanaa sind nicht die Experten für Technologien. Wenn wir an Grenzen stoßen, suchen wir uns die Partner, die unsere Kompetenzen erweitern können, denn große Herausforderungen können nur gemeinsam angegangen werden. Dies hat sich in vergangen Projekten immer wieder bestätigt, daher haben wir im letzten Jahr unsere Partnerschaften intensiviert und den Innoloop gegründet. Unsere Partner wollen wir auch in unserem Adventskalender zu Wort kommen lassen, daher kommt der heutige Beitrag von der Firma J.con GmbH.
Wasserstoff ist ein wichtiger Baustein unserer zukünftigen Energieversorgung. Mit ihm können wir elektrische Energie in chemische Energie überführen, daraus lassen sich Treibstoffe herstellen, außerdem gewinnen wir damit eine Möglichkeit Grünstrom zu speichern. Der gewonnene Wasserstoff wird meist unter hohem Druck gelagert, muss aber auch oftmals bewegt und deswegen umgefüllt und gemessen werden. Da Wasserstoff ein sehr flüchtiges Gas ist, stoßen wir hier auf neue Herausforderungen. So einfach sich der Einsatz von Wasserstoff in der Theorie anhört, in der Realität stellt sich dieses Thema als sehr komplex dar.
Wasserstoff ist ein brennbares, hoch explosibles chemisches Element. Unter erhöhtem Druck kann Wasserstoff in Metalle eindringen und unter bestimmten Bedingungen zur Änderung des Metallgefüges und damit der Werkstofffestigkeit führen
Auch das Druckverhalten von Wasserstoff und die Temperaturänderung beim Verdichten sind alles andere als die eines, im physikalischen Sinne, idealen Gases. So heizt Wasserstoff bei Drucksteigerung stark auf, und zwar so stark, dass diese Temperatursteigerung, die heute aus Kohlefaserverbundwerkstoff gefertigten Vorratstanks in Fahrzeugen schnell gefährden kann. Diese Tanks sind typischerweise für einen Maximaldruck von 400 – 500bar ausgelegt, um auf kleinem Raum ausreichende Wasserstoffmengen speichern zu können.
Sorge bereitet die Messung der Wasserstoffmengen, die beispielsweise beim Betanken eines Fahrzeuges benötigt werden. Klassisch wurde Druck und Temperatur des Vorratsbehälters vor und nach dem Betanken gemessen. Unter der Voraussetzung, dass das Behältervolumen genau bekannt ist, kann somit die getankte Wasserstoffmenge berechnet werden. Leider ist die Messunsicherheit dieses Verfahrens bisher meist sehr hoch.
Alternativ könnte die Wasserstoffmenge direkt beim Betankungsvorgang gemessen werden. Als volumenbasierte Verfahren stehen hier einerseits Ultraschallmessungen, aber auch Messblendenmessungen mit Differenzdruckzellen zur Verfügung. Leider liegen bei beiden Verfahren die derzeitigen Messungenauigkeiten ebenfalls erheblich über der Toleranzgrenze.
Bleibt noch ein gewichtsbasierendes Verfahren wie die Coriolismassemessungen. Tatsächlich sind hier bereits erste Geräte auf dem Markt erhältlich. Diese Geräte sind jedoch enorm teuer, aufwändig in der Nachkalibrierung, weisen einen eingeschränkten Messbereich auf und reagieren sehr empfindlich auf schnelle Durchflussänderungen. So verkraften Coriolisgeräte den sogenannten „snapping effect“, also das ruckartige Abschalten der Zapfeinrichtung beim Erreichen der maximalen Tankfüllung, nur schlecht.
Letztendlich bleibt kein anderer sinnvoller Weg, als durch eine neuartige Zusammenstellung der Messtechnik die Wasserstoff Mengenmessung neu zu erfinden. Erst dann können die abgegebenen Wasserstoffmengen endlich präzise gemessen und der genaue Wasserstoffverbrauch bestimmt werden. Auf dem Weg dorthin arbeiten wir von J.con eng mit Tankherstellern, Gaslieferanten und Komponentenherstellern zusammen.
Dies war ein faszinierender Blick in den Maschinenraum, wo immer wieder der Rand des technisch Möglichen verschoben wird. So entstehen neue Lösungen, damit die Energiewende weiter voranschreiten kann.