16.09.2020

Hier liegt die Expertise der BAM in der Beantwortung von Fragen zur Gasanalyse, zu Gaseigenschaften und zur Gasreinheit. Ziel ist es, Wasserstoffgase bezüglich ihrer Qualität zu bewerten, Verunreinigungen, z.B. durch andere Gase oder Feuchte, zu erkennen und zu quantifizieren und die Detektion von Leckagen im Rahmen der Qualitätssicherung sowie der Sicherheitsüberwachung über die gesamte Wasserstoffwertschöpfungskette zu erreichen. Die BAM entwickelt hierbei auch geeignete Prüfverfahren zur Ermittlung der Sensoreignung unter realitätsnahen Bedingungen - bei Umgebungsdruck und bei Betriebsdrücken - und stellt zertifizierte Referenzmaterialien für die sensorische und analytische Messtechnik her.

Nachfolgend sind ausgewählte Beispiele unserer Arbeit beschrieben. Detaillierte Informationen dazu finden Sie in unserer Broschüre "Wasserstoff: Unser Beitrag zur Sicherheit" (PDF) .

BAM-Standards schaffen die Grundlagen für marktreife Power-to-Gas-Technologien

Um Wasserstoff zu speichern und über größere Distanzen zu transportieren, kann er in das Erdgasnetz eingespeist werden. Dabei entstehen wasserstoffhaltige Erdgasgemische mit Wasserstoffanteilen bis in den unteren zweistelligen Prozentbereich. Die BAM ist dafür zuständig, die sogenannten „nationale Normale“ der Gaszusammensetzung zu realisieren. Darunter versteht man einen festen Vergleichswert, der für Messungen als Ankerpunkt verwendet wird. Insbesondere ist die BAM für Kalibriergase bezüglich Brennwert- und Gasbeschaffenheit sowie für Automobilabgase verantwortlich.

Neben den wasserstoffhaltigen Erdgasgemischen spielt die tatsächliche Reinheit von ,reinem‘ Wasserstoff eine Rolle. Insbesondere Polymerelektrolytbrennstoffzellen sind sehr empfindlich bezüglich Vergiftung durch im Wasserstoff vorkommende Verunreinigungen. Die BAM arbeitet und investiert in die Implementierung der Norm ISO 14687:2019, die für eine Vielzahl von Verunreinigungen Obergrenzen bei sehr kleinen Gehalten festlegt. Neben Know-how braucht es dafür insbesondere geeignete Geräte und verlässliche Kalibriergase.

Prüf- und Messverfahren für Wasserstofftechnologien

Wasserstoff ist brennbar und kann ab einem Volumenanteil von vier Prozent in Luft gezündet werden. Die Verwendung von Wasserstoff muss somit überwacht und kontrolliert werden. Der Einsatz von Wasserstoffsensoren kann entscheidend dazu beitragen, die Sicherheit zu gewährleisten und Gefahren zu minimieren.

Um die Leistungsdaten wie Lebenszeit, technischer Einsatzbereich, Ansprechverhalten und Richtigkeit von kommerziell erhältlichen bzw. eingesetzten Sensoren sowie Sensoren aus Forschung und Entwicklung zu ermitteln, ist eine Prüfung in einem akkreditierten Labor wie der BAM wichtig. Im Bereich der Wasserstoff-Sensorik widmet sich die BAM der Entwicklung der Prüftechnik für Sensoren, prüft forschungsbegleitend Sensoren und erstellt Kennlinien in Abhängigkeit von der Gaskonzentration, der Gasfeuchte und -temperatur. Außerdem ermittelt sie Querempfindlichkeiten und Langzeitstabilität und erarbeitet Richtlinien, Standards, Normen und Prüfverfahren. Die BAM befasst sich weiterhin mit der Entwicklung mobiler Gassensorsysteme. Wenn die Untersuchung von Gasen für den Menschen zu gefährlich ist, können unbemannte Luftfahrzeuge oder Bodenfahrzeuge zum Einsatz kommen. Die Integration geeigneter Gassensoren und Algorithmen zur Steuerung des Systems und Datenauswertung ermöglicht die flexible und (teil-)automatisierte Überwachung von Infrastrukturen und Szenarien, in denen gefährliche Gase wie Wasserstoff Verwendung finden.

Projekt MefHySto — Metrologie für fortschrittliche Wasserstoffspeicherlösungen

Fortschrittliche Speicherlösungen für Wasserstoff wie Power-to-Hydrogen, Power-to-Gas oder Gas-to-Power sind eine Voraussetzung, um bis 2030 das EU-Ziel für eine Nutzung erneuerbarer Energien im Umfang von 32 Prozent zu erreichen. Um jedoch die neu erlassene europäische Richtlinie 2018/2001 über erneuerbare Energien umzusetzen, ist messtechnische Zuverlässigkeit in der Energieversorgungskette für die Wasserstoffspeicherung erforderlich. Darüber hinaus ist eine bessere Kenntnis der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff erforderlich, einschließlich rückverfolgbarer Messungen und validierter Techniken.

Um dies anzugehen, wird das Projekt MefHySto die Qualität des erzeugten Wasserstoffs bewerten und die Referenzzustandsgleichungen verbessern, die für die Modellierung der Wasserstoffinjektion verwendet werden. Darüber hinaus wird das Projekt die Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit von Brennstoffzellen untersuchen, deren Leistung durch Verunreinigungen in Wasserstoff und Luft beeinträchtigt wird, und eine harmonisierte Methode für gespeicherten Wasserstoff entwickeln. Schließlich wird sich das Projekt mit metrologischen und thermodynamischen Fragen bei der großtechnischen Speicherung von Wasserstoff in unterirdischen Gasspeichern (UGS) und der Umwandlung bestehender UGS von Erdgas in Wasserstoff befassen.

Tiefbohrlöcher noch sicherer durch Faseroptische Sensorik 

In der Bohrlochverrohrung lassen sich sehr kleine Leckagen durch faseroptische Sensorik orten und quantifizieren. Die frühzeitige Erkennung solcher Leckagen hilft, den Lebenszyklus von Kavernenspeichern zu verlängern, welche für die Öl- und Gasspeicherung genutzt werden.

Seit November 2019 wird ein kombiniertes Messverfahren zur Zustandsbewertung von Tiefbohrlöchern entwickelt, das die Vorteile der faseroptischen Temperaturmessung mit denen der faseroptischen Akustikmessung vereint. Ein in das verrohrte Bohrloch eingeschleustes Glasfaserkabel soll mit Hilfe des neu zu entwickelnden Mess- und Auswerteverfahrens Leckageströme eindeutig identifizierbar und in ihrer Größenordnung quantifizierbar machen. Durch die Messdatenkopplung und den Wegfall der bewegungsbedingten Nachteile einer Messsonde werden wesentlich präzisere Ergebnisse zur Bewertung der Bohrlochintegrität erwartet. Die sowohl einfache als auch robuste Technik wird quantitative Aussagen über die Zustände im verrohrten Bohrloch direkt am Messplatz ermöglichen.