Die Sensorik-Forschung war Teil des Wasserstoff-Leitprojekts TransHyDE des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in Zusammenarbeit mit dem Projektträger Jülich (PTJ). Hier entwickeln Partner aus Wissenschaft und Industrie Lösungen für den Transport sowie die Speicherung des Gases. Dr. Carolin Pannek und ihr Team leiteten das Teilprojekt „Sichere Infrastruktur“.
Da Wasserstoff in unterschiedlichen Szenarien und Anwendungen genutzt wird, haben die Fraunhofer-Forschenden drei unterschiedliche Sensorsysteme entwickelt.
Photoakustische Sensorik
Der erste Sensor nutzt den photoakustischen Effekt: Licht regt Gas zum Schwingen an und erzeugt eine Schallwelle. Gelangt Wasserstoff ins Gehäuse, verändert sich der Ton, was MEMS-Mikrofone (MEMS, mikroelektromechanische Systeme) registrieren.
„Der Sensor könnte genutzt werden, um Behälter, Leitungen oder Verbindungsstücke zu prüfen. Denkbar wäre auch, mehrere Geräte ähnlich wie Rauchmelder in einem Raum zu verteilen und zu einem Sensornetzwerk zu verknüpfen“, erklärt Pannek.
Der Ultraschallsensor sei so präzise, dass er selbst minimale Verunreinigungen im Wasserstoff erkennen könne. Dies ist wichtig für Brennstoffzellen, die hochreinen Wasserstoff benötigen.
Laserspektrometrie
Das Laserspektrometer von Fraunhofer IPM misst und wertet eine Absorptionslinie von Ammoniak aus und zeigt die Konzentration auf einem Display an (© Fraunhofer IPM)
Als zweites System entwickelten die Wissenschaftler ein Laserspektrometer. Es dient zur Ferndetektion von Ammoniak, das als alternative Trägermatrix für Wasserstoff dient, aber extrem giftig ist. Daher ist es aus Sicht der Fraunhofer-Forschenden umso wichtiger, Leckagen frühzeitig zu erkennen.
„Fachkräfte können das kompakte Gerät in der Hand halten und so Rohrleitungen oder Tanks aus sicherer Entfernung von bis zu 50 Metern prüfen. Auf Roboter oder Drohnen montiert prüft es Industrieanlagen oder fliegt über Pipelines“, sagt Fraunhofer-Projektleiterin Pannek.
Raman-Spektroskopie
Das dritte System basiert auf der Raman-Spektroskopie. Hierbei haben die Forschenden einen Filter-basierten Raman-Sensor entwickelt, der selektiv Wasserstoff in komplexen Medien erkennt. Das mobile Gerät arbeitet mit kostengünstigen Komponenten und kann als flexible Prüfstation zur Quantifizierung von Wasserstoff dienen, etwa in der Energiewirtschaft.
Alle Sensorsysteme sind flexibel konzipiert und können für unterschiedliche Anwendungsszenarien angepasst werden. Die Fraunhofer-Experten bieten zudem Beratung für Industriekunden, Energieversorger oder Betreiber von Wasserstoffprojekten an. Fraunhofer-Expertin Pannek zeigt sich optimistisch: „Der Startschuss für den Ausbau der Wasserstoffwirtschaft kann fallen.“
