Wasserstoff-Übersichtsgrafik

Entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette bietet der Hersteller Pepperl+Fuchs die passende Sensorik und Komponenten für den Explosionsschutz. (Bild: Pepperl+Fuchs)

Wasserstoff (H2) kann als Energieträger und als reduktives Element fossile Brennstoffe umfassend ersetzen. Die Voraussetzung ist allerdings, dass das Gas klimaneutral mithilfe erneuerbarer Energie gewonnen wird. Das erste Glied der Wertschöpfungskette rund um grünen Wasserstoff ist also das Kraftwerk. Sowohl Windräder als auch solarthermische Kraftwerke benötigen für Effizienz und Anlagenschutz eine minutiöse Steuerung, die auf präzisen Daten aus der Anlage selbst beruht. Hier kommt die spezifische Sensorik ins Spiel, die Zustände zuverlässig erfassen und in steuerungswirksame Signale übersetzen kann.

Hochdruckverdichter Wasserstofftankstelle
Das Bild zeigt einen Hochdruckverdichter für die Wasserstofftankstelle. (Bild: Pepperl+Fuchs)

Am Anfang stehen die Erneuerbaren

Um die maximale Stromausbeute von Windrädern zu erreichen, muss jede dieser Anlagen ständig optimal zum Wind ausgerichtet werden. Das gilt sowohl für die Nabe als auch für die einzelnen Rotorblätter. Die Windstärke muss in den Einstellungen ebenfalls berücksichtigt werden. Um die Position der Gondel sowie die Winkelstellung der Rotorblätter zu erfassen, kommen Absolutwert-Drehgeber zum Einsatz. Neben der optimalen Ausrichtung muss die Steuerung von Windrädern auch für den Schutz der Anlage vor Überlast sorgen. Dafür ist die Drehzahl der Generatorwelle eine zentrale Größe, die von einem Inkremental-Drehgeber gemessen wird. Schwingungs- und Beschleunigungssensoren erfassen die Auslenkung der Gondel und des gesamten Turms unter der Windeinwirkung. Darüber hinaus bietet Pepperl+Fuchs auch Überspannungsschutzmodule an, um Schäden an Steuerungstechnik und Signalübertragung durch Blitzschlag zu vermeiden.

In solarthermischen Kraftwerken hängt die Energieausbeute von der Stellung der beweglichen Spiegel ab, die kontinuierlich dem Sonnenstand nachgeführt werden. Für die Positionierung in der horizontalen und vertikalen Achse werden auch hier die Daten von Drehgebern sowie von Neigungssensoren verwendet. Um ganzjährig allen Wetterverhältnissen zu widerstehen, werden in Wind- und Solaranlagen in der Regel besonders robuste Geräte mit entsprechenden Gehäusen, Temperaturbereichen und Schutzarten verwendet.

Sichere Tankidentifikation
Ein hochauflösender Monitor der Serie VisuNET FLX führt durch den Tankprozess. (Bild: Pepperl+Fuchs)

Ex-Schutz wie beim Erdgas

Sobald durch Elektrolyse mit grünem Strom der grüne Wasserstoff gewonnen wurde, gelten alle Regeln für den Umgang mit einem hochexplosiven Gas. In dieser Hinsicht funktioniert der Ex-Schutz nach denselben Prinzipien wie beim Umgang mit Erdgas. In der Automatisierungstechnik kann man also Know-how und Komponenten einsetzen, die sich im Erdgassektor bewährt haben. Die Ventile zur Regelung des Gasstroms lassen sich zum Beispiel mit induktiven Sensoren wie dem robusten Doppelsensor F31K2 überwachen, der speziell für den explosionsgefährdeten Außenbereich entwickelt wurde. Im Hinblick auf den Ex-Schutz spielt die Signalübertragung eine zentrale Rolle. Hier bietet Pepperl+Fuchs ein breites Portfolio verbindungstechnischer Komponenten mit unterschiedlichen Schutzarten an, die in den verschiedenen Zonen und Einsatzbereichen eine sichere Signalübermittlung gewährleisten. Ein Beispiel ist das Überdruckkapselungssystem der Serie 6000, das unter anderem bei Geräten für die Wasserstoffanalyse verwendet wird. Zahlreiche Interfacemodule sowie Klemmenkästen der SR-Serie können eine eigensichere Verteilung der Signale gewährleisten. Remote-I/O-Systeme in SR-Gehäusen führen die Feldsignale zusammen. Diese Technologien lassen sich sowohl in stationären Anlagen
– von der Elektrolyse über die Lagerung bis zu den Leitungssystemen – als auch beim Gastransport mit Tankschiffen verwenden. Für die Unterstützung von Instandhaltungsarbeiten kann man auf explosionsgeschützte Mobilgeräte und Smart Glasses zurückgreifen, die unter der Marke Ecom angeboten werden.

H2-Mobilität

Bei der Dekarbonisierung des Verkehrssektors steht die batteriegestützte E-Mobilität im Fokus der Aufmerksamkeit. Für den Schwerlastverkehr, Schiff- und Luftfahrt ist sie jedoch nur bedingt geeignet. Wasserstoff bietet hier in Bezug auf Gewicht und Volumen viel mehr Energiekapazität, durchaus vergleichbar mit Diesel oder Kerosin. Derzeit nehmen erste H2-Lokomotiven den Liniendienst auf, um nicht elektrifizierte Strecken emis­sionsfrei zu bedienen. Auch brennstoffzellengetriebene Lkw sind bereits im Einsatz, die Entwicklung von Wasserstoffantrieben für große Straßenfahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge wird intensiv vorangetrieben.

Neben Gewicht kann man mit Wasserstoff auch Zeit sparen: Das Tanken dauert nicht nennenswert länger als mit fossilem Kraftstoff, man muss keinen langwierigen Ladevorgang abwarten. Allerdings wird eine spezielle Tanktechnologie gebraucht. Sie muss neben der Explo­sionsgefahr auch das Austreten des extrem flüchtigen Gases unterbinden. Der H2-Füllstutzen muss also fest und dicht mit der Öffnung des Fahrzeugtanks gekoppelt werden. Der korrekte Sitz lässt sich mit induktiven Sensoren überwachen, deren Signal den Tankvorgang freigibt beziehungsweise bei Bedarf stoppt. Für eine notwendige Unterbrechung sorgt auch ein Beschleunigungssensor, der eine Kollision erkennt und in diesem Fall für zusätzliche Sicherheit sorgt. Mit einem RFID-System lässt sich die automatische Erkennung des Fahrzeugs durch die Tankstelle einrichten – eine Anwendung, die beim Betanken Fahrerloser Transportsysteme in der Intralogistik bereits etabliert ist. So lässt sich auch die fürs jeweilige Fahrzeug richtige Druckstufe automatisch einstellen. Auf derselben Grundlage kann zudem die Abrechnung der bezogenen Wasserstoffmenge erfolgen. Für die Überwachung und händische Steuerung eines Tankvorgangs sind hochauflösende Industriemonitore geeignet, wie zum Beispiel ein HMI-Panel der Serie VisuNet FLX. Der Monitor ist für den geschützten Einsatz im Außenbereich vorgesehen. Dank seinem optisch gebondeten Display ist der Bildschirminhalt selbst bei starkem Sonnenschein gut zu erkennen.   aru

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