Projekt: MUT4H2 - Charakterisierung des Wasserstoffanteils in Erdgassystemen

Die Verwendung von Wasserstoff als Energieträger ist ein essentieller Baustein für die Energiewende. Neben der Herstellung sind der Transport und die Verteilung wichtige Aspekte für grünen Wasserstoff. Dafür sollen unter anderem vorhandene Erdgas-Pipelines verwendet werden. Damit Endverbraucher vor Ort die Gasgemische jedochsicher und effektiv nutzen können, ist eine genaue Kenntnis des Gasgemisches essentiell. Daher entwickelt das Projekt MUT4H2 erstmals eine neue Technologie zur Messung von Gasgemischen basierend auf mikromechanischen Ultraschallelementen (MUT).Diese ermöglichen eine kompakteund günstige Analyse sowie die dezentrale Überwachung und Steuerung der lokalen Anlagen.

Die Charakterisierung gasförmiger Systeme, wie beim Wasserstoff im Erdgassystem, wird heute hauptsächlich mittels Gaschromatographen realisiert. Gerade für kleinere Gassysteme beim Endnutzer (Heim- und Industriebereich) ist dieses Verfahren allerdings zu teuer. Dort werden immer noch Balgengaszähler, Drehkolbenzähler oder Turbinenradzähler eingesetzt. Sollen in Zukunft jedoch Wasserstoff-Erdgasgemische genutzt werden, braucht es eine genaue Messmöglichkeit, um die Tauglichkeit vorhandenen Heizanlagen bei den Endverbrauchern sicherzustellen. Hierbei sind bestehende Anlagen bis zu einer H2-Zumischung von 10 Vol.-% tauglich, darüber hinaus müssen die Anlagen angepasst werden. Das neuartige Messsystem, das im Projekt MUT4H2 entwickelt wird, basiert auf Ultraschallmessungen mittels mikromechanischen Ultraschallelementen (MUT), die eine preiswerte und unkomplizierte Messung von Gasanteilen und Flussgeschwindigkeit, z. B. des Wasserstoffanteils in Erdgasen beim Abnehmer, ermöglicht. Dabei setzt das Fraunhofer IPMS in der Entwicklung auf ein Multisensorsystem bestehend aus einem Fluss-, einem Wasserstoff-, einem Druck- und einem Temperatursensor. Der Flusssensor wird basierend auf der Technologie für kapazitive mikromechanische Ultraschallsensoren (CMUT) für nicht korrodierende Gase entwickelt. Bei dem Wasserstoffsensor setzt das Institut auf einen NEDMUT-basierten Sensor für nicht-korrodierende binäre Gase basierend auf einer Schallgeschwindigkeitsmessung. Die Integration aller Einzelsensoren in ein kompaktes Messsystem stellt hohe Anforderungen an die Stabilität der Plattform. Das Projekt strebt eine kompakte und kostengünstige Integrationstechnologie (< 50 cm³) an, die eine vorverarbeitete digitale Schnittstelle für den direkten Anschluss an eine Steuereinheit enthält. Der entwickelte Demonstrator soll damit die Basis eines Multisensorsystems für die kompakte und kostengünstige Charakterisierung von Gasgemischen im Bereich der Industrie und Mobilität bilden.