Energiespeicher Wasserstoff
Die Volatilität der erneuerbaren Energien gilt als eine der größten Schwierigkeiten bei der Umsetzung der Energiewende: Sonne und Wind können nicht nach dem gerade anfallenden Bedarf der Stromkunden reguliert werden. Die Entwicklung von praktikablen und wirtschaftlichen Speichertechnologien ist daher ein entscheidender Faktor für das Gelingen der Energiewende. Labom ist sowohl in der Ausrüstung der Windräder in enger Zusammenarbeit mit führenden Herstellern von Windkraftanlagen als auch in dem Segment der Energiespeicherung messtechnisch zu Hause.
Bei der Speicherung von überschüssiger Energie spielt Wasserstoff eine Schlüsselrolle. Aus überschüssiger Energie aus regenerativen Energiequellen kann via Elektrolyse Wasserstoff hergestellt und so die Energie gespeichert werden. Wasserstoff ist außerdem der Ausgangsstoff für Power2X Prozesse. Doch das Handling des kleinsten existenten Moleküls bringt auch Herausforderungen mit sich: Wasserstoff löst sich in zahlreichen Metallen und ist so klein, dass es Edelstähle durchdringt und zur Versprödung einiger Stahlsorten führt.
Elektrolyse
Der Wasserstoff der Zukunft ist der sogenannte Grüne Wasserstoff. Er ist klimaneutral, da bei seiner Herstellung durch die Elektrolyse von Wasser erneuerbare Energiequellen verwendet werden – und ist zudem in großem Maßstab produzierbar. Bei der Elektrolyse wird Wasser (H2O) in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) aufgespalten. Es gibt aktuell verschiedene Arten von Elektrolyseuren wie Alkalische Elektrolyseure mit Kalilauge als Elektrolyt, im PEM-Elektrolyseur wird eine Protonen-Membrane zur Trennung des entstandenen Wasserstoffs und Sauerstoffs verwendet und wenn Wasserdampf bei Temperaturen von bis zu 850 °C gepalten wird, werden "Solid Oxide Electrolyser Cell"-Elektrolyseur (SOEC) verwendet. Allen gemeinsam sind hohe Anforderungen an die eingesetzten Messgeräte, die hohe Temperaturen, Druck und Füllstände sicher messen müssen und dabei möglichst einfach einzubauen und zu überwachen sein sollten.
Lagerung und Transport
Wasserstoff hat verglichen mit anderen Brennstoffen eine besonders hohe Energiedichte. Bei normalen Temperaturen und Luftdruck verteilt sich die Energie des Wasserstoffs jedoch auf ein großes Volumen. Für Transport und Lagerung müssen daher besondere Lösungen gefunden werden: Gasförmiger Wasserstoff etwa wird für den Transport oder an Tankstellen in Behältern mit hohem Druck von bis zu 1.000 bar gelagert, um das Volumen zu minimieren. Flüssiger Wasserstoff, der ebenfalls ein geringeres Volumen hat, entsteht bei einer Lagerung von 1 bar bei extrem niedrigen Temperaturen von -253 °C. Und auch die Selbstentzündungstemperatur von Wasserstoff ist niedriger als bei anderen Stoffen – für das daraus resultierende Gefahrenpotential ist eine zuverlässige Messtechnik von entscheidender Bedeutung.
Wasserstoff-Tankstellen
An Wasserstoff-Tankstellen werden Kraftfahrzeuge mit flüssig oder gasförmig gelagertem Wasserstoff betankt. Die Anlage besteht in der Regel aus den Speichertanks, in denen konstant bestimmte Drücke und Temperaturen herrschen müssen sowie einem Verdichtungsbereich mit Mittel- und Hochdruckspeicher bis 900 bar, einem Kühlelement, in dem der Wasserstoff auf -40 °C abgekühlt wird, bevor er in das Fahrzeug gefüllt werden kann sowie der eigentlichen Zapfsäule. Durch diese vielen unterschiedlichen Bereiche müssen an Wasserstofftankstellen diverse Messgeräte zur Temperartur-, Druck- und Füllstandüberwachung eingesetzt werden – für die zudem wegen der besonders hohen Sicherheitsauflagen auch über spezielle Zertifizierungen wie eine Zulassung für Ex-Schutz sinnvoll sind.
5 Produktserien & 100+ Prozessanschlüsse
Bereits seit über 20 Jahren bauen wir bei Labom Geräte für den Wasserstoffeinsatz – in den letzten Jahren haben wir uns noch intensiver mit dem Thema Wasserstoffanwendungen beschäftigt und weitere wertvolle Erkenntnisse gewonnen. Basierend auf dieser langjährigen Erfahrung haben wir fünf Druckmessumformer Serien entwickelt, die sowohl in standardisierten als auch in anwendungsdefinierten Wasserstoffprozessen eingesetzt werden können. Die Messgeräte decken einen Messbereich von -1 bis 1050 bar ab, sind bis -40°C einsetzbar und können mit Ex- und SIL-Zertifizierung angeboten werden. Mithilfe unseres Wasserstoffberechnungs-Tools und unserer zahlreichen unterschiedlichen Prozessanschlüsse können wir kundenbezogen und individuell Messgeräte definieren und produzieren – und finden so für jede Anwendung die passende Messlösung.
Unsere H2-Produkte
Auf Nachfrage: Zertifikat zur H2-Beständigkeit von Druckmessgeräten bestellbar.
Unser Wasserstoff-Zeugnis wird speziell gemäß den Details Ihrer individuellen Gerätekonfiguration sowie den Anforderungen Ihrer Anwendungsbedingungen ausgestellt. Basierend auf den von Ihnen bereitgestellten Prozessparametern wie Druck, Temperatur und Wasserstoffkonzentration errechnen wir den Zeitraum, innerhalb dessen jegliche potenzielle negative Auswirkungen von Wasserstoff auf das Messgerät sicher ausgeschlossen werden können. Diese Bestätigung wird Ihnen in Form eines Zeugnisses zur Verfügung gestellt. Somit erhalten Sie nicht nur eine auf Ihre Anwendung passende Auslegung, sondern auch ein Dokument für etwaige Prüfstellen.
Das Labom H2-Berechnungstool
Berechnung der Wasserstoffbeständigkeit von Messgeräten
Wasserstoff durchdringt Edelstahl. Dieser Effekt kann negative Einflüsse auf die Funktion von Messgeräten haben. Mit unserem Wasserstofftool können wir in Abhängigkeit der wichtigsten Einflussfaktoren den Zeitraum berechnen, in dem dieser Effekt für Messgeräte mit Druckmittlersystemen sicher ausgeschlossen ist.
Wasserstoffversprödung
Wandern Wasserstoffatome durch Metalle, stören sie das Kristallgitter und somit kommt es bei einigen gängigen Legierungen zur Versprödung des Materials. Die Wahl des passenden Materials ist damit entscheidend. Allerdings handelt es sich bei wasserstoffbeständigen Edelstählen gerade um solche, die wenig federn und deshalb in der Druckmesstechnik nur bedingt eingesetzt werden können. Eine Lösung kann ein vorgeschalteter Druckmittler sein.
Wasserstoffpermeation durch Edelstahl
Das Wasserstoffmolekül zersetzt sich an der Oberfläche von Metallen in Wasserstoffatome. Diese können durch Metalle diffundieren. Dabei zersetzen sich zunächst die Wasserstoffmoleküle in Atome, wandern durch die Tetra- und Oktaederlücken der Metallgitters und vereinigen sich auf der anderen Seite wieder als Moleküle. Der Gesamtvorgang wird Permeation genannt (siehe Abbildung).Die Permeationsgeschwindigkeit hängt von Temperatur, Druck und Material ab.
Relevanz für die Druckmesstechnik
Druckmittler haben prozessseitig eine dünne Metallmembran. Der Druck wird über die Membran und eine Füllflüssigkeit, meist Öl, auf den Sensor übertragen. Dringt nun Wasserstoff durch die Membran, so löst sich dieser im Öl. Wird die Sättigung überschritten, so perlt der Wasserstoff bei Druckentlastung aus und führt zu Messfehlern wie Nullpunktverschiebung.