De energiedrager waterstof in combinatie met een brandstofcel wordt beschouwd als een bijzonder schoon alternatief voor de mobiliteit van de toekomst. Maar zelfs de geringste vervuiling van het reukloze en kleurloze gas kan een abrupt einde maken aan het rijplezier. “De brandstofcel kan worden vergiftigd”, zegt sensorexpert Andreas Schütze van de universiteit van Saarland.

Brandstofcellen hebben dus, net als andere brandstoffen, hetzelfde effect: als kwaliteit en zuiverheid niet goed zijn, heeft dit een effect op de auto. Zwavelcomponenten, ammoniak of koolwaterstoffen kunnen al tijdens de productie in de waterstoftank komen, op weg naar het tankstation of tijdens het persproces in de tanks. Zelfs kleine onzuiverheden kunnen de celmembranen beschadigen. Hierdoor produceert de brandstofcel minder elektriciteit, minder stroom en minder kilometers op de weg. In het ergste geval stopt de auto zelfs en houdt hij er permanente schade aan over.

Ontwikkeling van een infrarood meetcel

Reden genoeg voor de wetenschappers van de universiteit van Saarland en het Saarbrücken Centrum voor Mechatronica en Automatiseringstechnologie (Zema) om samen met het Fraunhofer Instituut voor Zonne-energiesystemen ISE en Hydac Electronic een infrarood meetcel te ontwikkelen die de kwaliteit en zuiverheid van waterstof direct tijdens het tanken controleert. Dit is de enige manier om te garanderen dat de brandstofcel goede brandstof ontvangt, zodat de waterstof-aangedreven auto een lange levensduur heeft, zeggen de onderzoekers.

Andreas Schütze:

“De uitdagingen liggen hier enerzijds in de vereiste nauwkeurigheid en anderzijds in de omstandigheden waaronder het meetsysteem moet presteren. Bij een druk van 700 tot 900 bar bereikt de brandstofmeter zijn limiet.”

Het door de onderzoekers ontwikkelde proces moet daarom ook onder deze extreme omstandigheden betrouwbaar en nauwkeurig werken. Ze gebruiken zelfs de hoge druk om de gevoeligheid van hun systeem verder te verhogen. Andreas Schütze en zijn team hebben dergelijke meetcellen voor olie en vloeistoffen al op de markt gebracht. Hier zijn de wetenschappers echter nieuwe wegen ingeslagen. “Tot nu toe is er nog geen ervaring opgedaan met metingen onder zulke hoge druk. Normaal gesproken vinden ze plaats bij maximaal 40 of 50 bar”, zegt Andreas Schütze. De meetcel voor het gas bevindt zich direct in de tankleiding: de waterstof stroomt door een kleine buis. “Hier verlichten we het gas met een infraroodbron en verzamelen de stralen aan de andere kant. Als het gas chemisch verandert, verandert ook het ontvangen lichtspectrum. Hieruit kunnen we conclusies trekken over bijmengingen en onzuiverheden.”

Eerste test in het najaar

Universität des Saarlandes

Ingenieur Marco Schott toont de hogedruk testopstelling die op de Hannover Messe te zien was. © Oliver Dietze

De wetenschappers voeren momenteel experimenten uit en kennen de gemeten waarden toe aan de verschillende onzuiverheden. Daarbij bepalen ze welke golflengtes van infrarood licht het meest geschikt zijn. Ze kalibreren ook hun systeem. Dit alles is voorbereidend werk voor het sensorsysteem, dat dit najaar voor het eerst in gebruik zal worden genomen bij de ISE-testbrandstofpomp. “We onderzoeken of en hoe de gemeten waarden van het infraroodspectrum veranderen, afhankelijk van de druk. Het systeem moet in staat zijn om op betrouwbare wijze zeer verschillende onzuiverheden te detecteren, die ook beduidend lager zijn dan bijvoorbeeld voor olie”, legt ingenieur Marco Schott uit, die als promovendus aan de waterstofmeetcel werkt. Totdat het nieuwe sensorsysteem op de markt komt, wordt waterstof getest in laboratoria door middel van willekeurige monsters en analyses.