Bränslecellfordon behöver väte för att fungera, men att väte måste vara fritt från alla föroreningar som kan skada bränslecellen. Professor Andreas Schütze och hans forskargrupp vid Saarlands universitet samarbetar med forskningspartners för att utveckla ett sensorsystem som kan ge kontinuerlig in situ-övervakning av vätgaskvaliteten vid vätgastankstationer. Den infraröda mätcellen kommer att installeras inuti vätepåfyllningsstationen och måste fungera under mycket utmanande förhållanden.

Sensorsystemet måste fungera tillförlitligt, trots extremt höga tryck och korta tankningstider. Det nya sensorsystemet kommer att genomgå driftprov i höst. Forskargruppen från Saarbrücken kommer att vara på årets Hannover Messe med start den 1 april, där de kommer att visa upp sin högtryckstestrigg i Saarland Research and Innovation Stand (Hall 2, Stativ B46).

Bilar gillar inte om de tvingas köra på bränslen av låg kvalitet eller låg renhet. Och detsamma gäller fordon som drivs med bränslecellsteknik. Föraren av ett bränslecellsfordon fyller på med väte snarare än ett fossilbaserat bränsle, men även väte kan vara förorenat. Föroreningar som svavelhaltiga föreningar, ammoniak eller kolväten kan alla förorena vätet under produktionsprocessen, under transport till vätgasstationen eller under påfyllningsprocessen. Och det kan göra körningen mycket mindre njutbar.

"Föroreningar kan faktiskt förgifta bränslecellen, " förklarar sensorexperten professor Andreas Schütze från Saarlands universitet. Även låga halter av föroreningar kan skada bränslecellsmembranen. Som ett resultat, bränslecellen producerar mindre el, effekt minskas och fordonet färdas kortare sträckor. I värsta fall, bränslecellen kommer att skadas oåterkalleligt och bilen slutar helt enkelt gå.

För att förhindra att saker någonsin kommer så långt, Schütze och hans team har arbetat med forskningspartners för att utveckla teknik som säkerställer att bränslecellen endast matas med väte med hög renhet, vilket förlänger bränslecellens livslängd. Projektpartners inkluderar Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE och Hydac Electronic GmbH.

Ända tills nu, vätgas renhet bestämdes genom analys av prover i ett laboratorium. Vid Saarlands universitet och vid Zema—Center for Mechatronics and Automation Technology i Saarbrücken, forskare arbetar med ett sensorsystem som kontinuerligt övervakar kvaliteten på vätgas under tankningsprocessen. "Utmaningen är tvåfaldig:att mäta på önskad precision och hantera de förhållanden under vilka sensorsystemet behöver fungera, " säger Schütze. Tankningsprocessen använder vätgastryck på 700 till 900 bar och varar mindre än tre minuter.

Forskargruppen utvecklar därför en infraröd mätcell som kan mäta tillförlitligt och exakt under dessa extrema förhållanden. Det mycket höga trycket som deras sensorer utsätts för används av teamet för att ytterligare förbättra processens känslighet.

Andreas Schütze och hans forskargrupp har redan tagit fram säljbara mätceller för att övervaka kvaliteten på oljor och andra vätskor. Men påtryckningarna som forskarna nu måste hantera gör att de befinner sig på okänt territorium.

"Ända tills nu, ingen har gjort mätningar av denna typ vid så höga tryck. I vanliga fall, dessa typer av mätningar görs vid tryck på högst 40 eller 50 bar, " säger Andreas Schütze. Mätcellen för den luktfria gasen H2 är installerad inne i vätgasbränslestationen och vätebränslet strömmar genom ett litet rör. "Vi belyser gasen som passerar genom röret med ljus från en infraröd källa och vi samlar upp ljuset svimmar på motsatt sida av röret. Om det har skett en förändring i gasens kemiska sammansättning, det infraröda spektrumet kommer att ändras i enlighet med detta. Detta gör att vi kan upptäcka förekomsten av oönskade tillsatser eller föroreningar, " förklarar professor Schütze.

Medlemmar av hans forskargrupp genomför för närvarande experiment och tilldelar särskilda infraröda absorptionssignaler till de olika föroreningarna. De bestämmer också vilka våglängder i det infraröda spektrumet som är mest lämpliga för mätningarna och kalibrerar systemet. Dessa viktiga förberedelser måste vara klara före denna höst, när sensorsystemet kommer att installeras i en vätgastankstation för driftförsök. "En av frågorna vi studerar för närvarande är om och hur intensiteten hos det infraröda spektrumet vi mäter förändras med tryck. Sensorsystemet måste kunna på ett tillförlitligt sätt detektera ett antal föroreningar vid koncentrationsnivåer betydligt under vad vi hittar i oljor, " förklarar Marco Schott, en doktorand som arbetar på vätemätcellen.