Mit Wasserstoff (H2) betriebene Brennstoffzellenfahrzeuge ermöglichen eine emissionsfreie Elektromobilität mit großen Reichweiten und kurzen Betankungszeiten. Wasserstoff kann abhängig vom Herstellprozess und durch den Transport zur Tankstelle jedoch Verunreinigungen enthalten, die die Brennstoffzellen schädigen können. Um die geforderte lange Lebensdauer von Brennstoffzellen in Fahrzeugen garantieren zu können, muss die Wasserstoffqualität regelmäßig überprüft und sichergestellt werden. Das ZSW hat Verfahren entwickelt, die zur kostengünstigen Überwachung der Wasserstoffqualität an Tank- und Abfüllstellen angewendet werden.

Ansprechpartner

Dr. Alexander Kabza
+49 731 9530-832
Wasserstofftankstellen

// Richtlininen zum Wasserstoff tanken

Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV) werden an Wasserstofftankstellen (HRS) betankt. Der Tankvorgang ist vergleichbar mit dem befüllen von Benzin- oder Dieselfahrzeugen. 2009 wurde in Deutschland die erste HRS für die Öffentlichkeit freigegeben. Aktuell (2021) gibt es in Deutschland rund 100 betriebsbereite HRS für Brennstoffzellen-PKW (700 bar Tanks), weitere sind in Planung. Der Aufbau eines Tankstellennetzes für Brennstoffzellen-Nutzfahrzeuge (350 bar Tanks) hat in Deutschland letztes Jahr (2020) begonnen, sechs Tankstellen sind aktuell (09/21) bereits in Betrieb. Echtzeitinformationen zum HRS-Netz in Deutschland und den angrenzenden Ländern zeigt https://h2.live.

In Deutschland ist die DIN EN 17127 (Richtlinie für H2-Betankungstechnologie und Qualitätssicherung) nach Umsetzung der europäischen Alternative Fuel Infrastructure Directive (AFID) gesetzlich verbindlich. Deshalb müssen Wasserstofftankstellen in Deutschland vor der Freigabe eine Reihe von Abnahmetests bestehen, die in der SAE J2601 und der ISO 19880-1 definiert sind. Mit den Tests wird das sichere Abschalten beim Über- oder Unterschreiten von Grenzwerten, das korrekte Einhaltung von Betankungsrampen bzw. Betankungsprotokollen und die Reaktion auf Signale vom Fahrzeug geprüft. Für die Testberichte wird in Deutschland und künftig weltweit eine Berichtsvorlage verwendet, die maßgeblich vom ZSW erstellt wurde.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Markus Jenne
+49 731 9530-821
Abnahmetests

// Mobiles Abnahmesystem für Wasserstofftankstellen (FTSM)

Wasserstofftankstellen in Deutschland müssen vor der Freigabe eine Reihe von Abnahmetests bestehen, die in der SAE J2601 und der ISO 19880-1 definiert sind. Mit dem "Fueling Station Test Module" (FSTM) hat das ZSW 2018 ein mobiles Messsytem entwickelt mit dem diese Prüfungen für PWK-HRS durchgeführt werden können. Bisher wurden 26 Tankstellenabnahmen durchgeführt (09/2021). Für die Abnahme von Wasserstofftankstellen für Nutzfahrzeuge (HeavyDutry-HRS) gibt es aktuell in Europa noch kein geeignetes Testgerät. Die Tests müssen deshalb bisher zeitaufwändig mit Nutzfahrzeugen durchgeführt werden. Um den Zeitaufwand zu verringern und die Logistik für die Tests zu vereinfachen, hat das ZSW Mittel beantragt um das vorhandene FSTM für die Abnahme von HeavyDuty-HRS zu erweitern.

Eine offene Herausforderung bei der Betankung ist die exakte Mengenbestimmung des abgegebenen Wasserstoffs. Bei flüssigen Kraftstoffen ist dieser Vorgang etabliert und relativ einfach. Bei gasförmigen Wasserstoff erfordert diese noch ganz neue Methoden und Messgeräte. Die von der PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) bisher zugelassenen Geräte basieren auf gravimetrischen Messungen und benötigen inakzeptabel lange Vor-Ort-Messzeiten. Das ZSW hat deshalb Mittel beantragt, um einen am Markt erhältlichen Transferzähler als Standard für die Wasserstoffmengenmessung mit kurzen Messzeiten zu qualifizieren. Positiv verlaufende Vorversuche wurden dazu bereits zusammen mit der PTB durchgeführt.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Markus Jenne
+49 731 9530-821
Abnahmetests an einer Wasserstofftankstelle mit dem ZSW-FSTM.
Abnahmetests an einer Wasserstofftankstelle mit dem ZSW-FSTM.
Wasserstoffproben

// HyLaB: Bestimmung der Qualität von Wasserstoffproben

Um Brennstoffzellen in Fahrzeugen durch Verunreinigungen im Wasserstoff zu schützen muss der an Tankstellen abgegebene Wasserstoff die internationalen Qualitätsnormen ISO 14687, SAE J2719 bzw. in Deutschland die gesetzlich verbriefte DIN EN 17124 erfüllen. Diese Standards nachzuweisen ist aufwändig und erfordert einen entsprechenden Gerätepark.

Das ZSW-eigene HyLaB (Labor für Wasserstoffqualität) ist entsprechend ausgestattet und kann diesen Nachweis erbringen - und hat das bereits in vielen Projekten getan. Im Jahr 2019 war HyLaB im "Interlaboratory Comparison for hydrogen purity analysis" des MetrohyVe-Projekts bei Vergleichsmessungen von 13 Laboren weltweit eines von nur drei Laboren, das bei allen Messungen innerhalb der maximal erlaubten Messabweichungen war.

Die angeführten Wasserstoff-Qualitätsnormen beruhen allerdings auf mehr als 17 Jahre alten Arbeiten, die nur bedingt auf die Anforderungen heutiger und zukünftiger Brennstoffzellensysteme und Einsatzbedingungen übertragbar sind. Um die Datenbasis für eine dringend erforderliche Aktualisierung der Normen zu schaffen, werden deshalb zurzeit im ZSW und bei Partnerinstituten im Rahmen des Projektes H2Fuel rund 300 Langzeitmessungen mit verschiedenen Schadstoffen, Schadstoffkonzentrationen, Brennstoffzellenkomponenten und Lastzyklen durchgeführt.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Markus Jenne
+49 731 9530-821
Logo HyLaB
ZSW-eigenes Labor für die Analyse von Wasserstoffproben - HyLaB.
Brennstoffzellen als Qualitätssensor

Der Nachweis der Wasserstoffqualität nach Norm ist zeit- und damit kostenaufwändig und kann deshalb nicht fortlaufend durch Offline-Analytik im Labor dargestellt werden. Zusätzlich können auch Schadstoffe, die nicht in der Norm enthalten sind, Brennstoffzellen nachhaltig schädigen (z.B.  Schadstoffe aus geänderten Herstellverfahren, anderen Transportmitteln oder neuer Tankstellentechnik). Diese unbekannten Stoffe mit der hochspezialisierten Analysetechnik im Labor nachzuweisen ist kaum möglich. Das ZSW arbeitet deshalb daran, ein einfaches, sicheres und relativ preiswertes Verfahren auf der Basis "Brennstoffzelle als Qualitätssensor" zur permanenten Qualitätsüberwachung von Wasserstoff zu entwickeln.

Diese Website verwendet Cookies und Drittinhalte

Auf unserer Website verwenden wir Cookies, die für die Darstellung der Website zwingend erforderlich sind. Mit Klick auf „Auswahl akzeptieren“ werden nur diese Cookies gesetzt. Andere Cookies und Inhalte von Drittanbietern (z.B. YouTube Videos oder Google Maps Karten), werden nur mit Ihrer Zustimmung durch Auswahl oder Klick auf „Alles akzeptieren“ gesetzt. Weitere Einzelheiten erfahren Sie in unserer Datenschutzerklärung, in der Sie Ihre Einwilligung jederzeit widerrufen können.