v.l.: Dr. Andreas Auerbach (envia Mitteldeutsche Energie AG), Felix Heubner (Fraunhofer IFAM Dresden), Dr. Lars Röntzsch (Fraunhofer IFAM Dresden), Kerstin Heinitz (Siemens AG)
Guido Werner/GWP
Die Wissenschaftler Dr. Lars Röntzsch und Felix Heubner haben gemeinsam mit Kollegen einen Sensor zur präzisen Füllstandsmessung in Metallhydrid-Wasserstoffspeichern entwickelt. Der Füllstandsensor nutzt den Umstand, dass es bei Aufnahme und Abgabe des Wasserstoffs zu einer Volumenänderung des Metalls kommt.
Wasserstoffspeicher auf Metallhydrid-Basis bieten eine hohe Speicherdichte, kompakte Bauformen und hohe Sicherheit aufgrund niedriger Drücke. Unter leichtem Überdruck werden bei diesem Speicherprinzip Wasserstoffatome an ein Metall gebunden. Es entsteht ein Metallhydrid (MH). Durch Druckerniedrigung wird der Prozess umgekehrt, der Wasserstoff und die gespeicherte Energie wieder freigesetzt. Allerdings treten dabei nur geringe Druckänderungen auf. Daher ist der Füllstand eines MH-Speichers nicht unmittelbar anhand des Gasdrucks messbar.
Volumenänderung des Metalls
An dieser Stelle kommt die Entwicklung der Forscher des Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM ins Spiel: Schließlich nutzt der neue Füllstandsensor aus, dass es bei Wasserstoffaufnahme und bei der Wasserstoffabgabe zu einer Volumenänderung des Metalls kommt. "Wird die Ausdehnung während der H2-Aufnahme eingeschränkt, so entwickelt sich eine mechanische Kraft, die sich mit Sensoren messen lässt", erklären die Wissenschaftler. Aufgrund des linearen Zusammenhangs sei der Füllstand des MH-Speichers hochdynamisch, präzise und vor allem temperaturunabhängig messbar. Das System werde als Bypass im Speicher integriert und sei für alle marktüblichen Metallhydrid-Wasserstoffspeicher nachrüstbar. Der kostengünstige Sensor ist für den Langzeitbetrieb von mehreren zehntausend Zyklen ausgelegt, betonen die Forscher weiter. Bis Ende 2016 soll der Prototyp bis zur Serienreife entwickelt sein.
Für ihre Entwicklung wurden die Wissenschaftler aus Dresden nun im Rahmen der feierlichen Preisverleihung des 11. IQ Innovationspreises Mitteldeutschland mit dem ersten Preis im Cluster Energie/Umwelt/Solarwirtschaft ausgezeichnet. Dr. Lars Röntzsch und Felix Heubner nahmen die mit 7500 Euro dotierte Auszeichnung entgegen. "Die Innovation verbessert signifikant die Zustandsüberwachung und Anwenderfreundlichkeit von metallhydridbasierten Wasserstoffspeichern. Damit kann der neue Füllstandsensor auch einen Beitrag zum Markterfolg mobiler und stationärer Brennstoffzellensysteme leisten", begründete Jörn-Heinrich Tobaben, Geschäftsführer der Metropolregion Mitteldeutschland Management die Juryentscheidung.
Mit dem IQ Innovationspreis Mitteldeutschland fördert die Europäische Metropolregion Mitteldeutschland neuartige, marktfähige Produkte, Verfahren und Dienstleistungen zur Steigerung von Innovation und Wettbewerbsfähigkeit der Wirtschaft der Region.