Messtechnik : Die Herausforderungen bei der Messung von Wasserstoff

Die Nachfrage nach Wasserstoff ist in den vergangenen Jahren branchen- und länderübergreifend enorm gestiegen. Vor allem in den klassischen Anwendungsbereichen von Wasserstoff wird weiterhin eine hohe Nachfrage erwartet. “Wasserstoff gibt es aus vielen Quellen - uns interessiert im Zusammenhang mit der Dekarbonisierung der grüne Wasserstoff. Und dieser grüne Wasserstoff wird vor allem dort benötigt, wo bisher fossiler Wasserstoff in großen Mengen eingesetzt wurde. Die Nachfrage kommt also vor allem aus der chemischen Industrie”, sagt Ralf Haut, Technical Manager in der Global Industry Division Chemical der Krohne Group.

Obwohl die Nachfrage nach CO2-arm erzeugtem Wasserstoff in allen Sektoren steigt, gibt es bei der Wasserstoffproduktion bekanntermaßen Probleme, da die derzeitigen Methoden weder kosteneffizient noch umweltfreundlich sind. Generell gibt es ja zwei Verwendungen von Wasserstoff. Einerseits als Energieträger und andererseits als Molekülbaustein. Wenn man chemische Verbindungen mit Wasserstoff reduzieren lässt - zum Beispiel in der Stahlherstellung - wird Eisenoxid mit Kohlevergasung reduziert. “Da wäre für grünen Wasserstoff ein ganz großer Bedarf gegeben und entsprechend groß ist auch das Interesse an moderner Messtechnik.”

Wasserstoff als Gas stellt aufgrund seiner geringen Dichte und Molekülgröße viele Herausforderungen an die Messtechnik. “Es geht sehr stark um Durchflussmessung, da haben wir einen ganzen Strauß an Technologien. Man muss Wasserstoff sehr stark komprimieren, um eine messbare Dichte zu bekommen. Wenn Wasserstoff komprimiert wird, ist auch der Kontakt entsprechend intensiv. Das spiegelt sich auch in unseren Druckmessgeräten wider. Normalerweise arbeiten sie mit einer reversibel verformbaren Metallmembran. Wasserstoff würde diese aber aufgrund seiner geringen Molekülgröße durchdringen und beschädigen. Deshalb arbeiten wir hier mit goldbeschichteten Membranen oder keramischen Messzellen. Beide Wege sorgen für eine dauerhafte Haltbarkeit im Betrieb mit Wasserstoff. Gold ist in seiner Gitterstruktur so dicht, dass Wasserstoff nicht eindringen kann.

In der Elektrolyse wird die Messtechnik eine immer größere Rolle spielen. Dabei geht es auch um eichrechtliche Messungen zur Abrechnung der gelieferten Mengen. In der Vergangenheit wurde Wasserstoff eher selten transportiert, aber das ändert sich jetzt durch den hohen Bedarf.

Ein sehr wichtiger Aspekt bei der Herstellung von Wasserstoff ist der Sicherheitsaspekt. Wasserstoff ist hochentzündlich, weshalb bei stationären Anwendungen in der Regel entsprechende Anforderungen an den Explosionsschutz der Geräte gestellt werden. Wasserstoff durchdringt aufgrund seiner geringen Teilchengröße Materialien und bildet mit Luft bereits ab einem Anteil von vier Prozent ein explosionsfähiges Gemisch. Wenn Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert, kann das explosionsartig enden - dann hört man nur noch einen großen Knall”, sagt Haut. Deshalb müssen bei der Herstellung von Wasserstoff hohe Sicherheitsstandards eingehalten werden.

Im Bereich der Elektrolyse tut sich derzeit sehr viel, aber es gibt noch eine ganze Reihe anderer Herstellungsverfahren, die derzeit nicht im Fokus stehen. “Die Erzeugung von Wasserstoff z.B. aus Biomasse ist weder großtechnisch erprobt noch verfügbar. Die Elektrolyse hingegen wird seit über hundert Jahren großtechnisch betrieben. Deshalb ist man hier technisch schon so weit, dass man einfach einen großen Vorsprung hat. Es gibt noch zwölf andere Verfahren zur Herstellung von grünem Wasserstoff, aber die sind technisch noch nicht so ausgereift. Für Ralf Haut ist jedenfalls klar: "Die Reise geht in diese Richtung: Herstellung von grünem Wasserstoff in großen Elektrolyseuren.”