Wasserstoffdruckspeicher smart überwachen
Wasserstoffdruckspeicher sind wichtig bei der Lagerung von Wasserstoff als Energieträger. Doch hält das Material der Speicher dem hohen Druck stand? Das soll bald ein voll automatisiertes Monitoringsystem während des Betriebs kontinuierlich prüfen.
Foto: BAM
Wasserstoff kommt in vielen Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise in den Bereichen Mobilität, erneuerbare Energien und der Mobilität. Auf den Speichern lasten Drücke bis zu 700 bar, Zuverlässigkeit und Sicherheit des verwendeten Materials ist daher äußerst wichtig. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Vorhabens entwickelt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) deshalb ein Monitoringsystem für die kontinuierliche Überwachung von Wasserstoffdruckspeichern. Im Projekt arbeitet die BAM mit der Universität des Saarlandes, der Goethe-Universität Frankfurt am Main und dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme zusammen.
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Wasserstoff: Überwachungssystem für jeden Druckbehälter
Um die smarte und kontinuierliche Überwachung der Speicher während des Betriebs zu realisieren, verwenden die Projektpartner Structural-Health-Monitoring-Technologien in Verbindung mit geführten Ultraschallwellen. Dabei breiten sich die Ultraschallwellen im gesamten Bauteil aus. Sensoren registrieren jede Veränderung, deren Ursache Risse oder Materialermüdung sein könnten. „Unser Monitoringsystem soll später mit geringem Kostenaufwand an jedem Druckbehälter installiert werden können“, sagt Yevgeniya Lugovtsova, die das Projekt an der BAM fachlich koordiniert. Das System liefere in Echtzeit Informationen. Diese Informationen werden Lugovtsova zufolge dann mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgewertet. Das soll es ermöglichen, den Zustand des Speichers jederzeit bewerten zu können.
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Test liefern Trainingsdaten für KI
Um die KI zu trainieren, benötigt die BAM entsprechende Daten. Um diese zu generieren, sollen Tests an intakten sowie an vorgeschädigten Druckbehältern bei Drücken bis 700 bar durchgeführt werden. Die Universität des Saarlandes übernimmt die Programmierung. Die Goethe-Universität Frankfurt am Main soll Algorithmen entwickeln. Sie sollen störende Umgebungs- und Betriebseinflüsse wie Temperatur oder Druck, die sich auf die Schallwellen auswirken, aus den Daten herausrechnen. Die Hardwarekomponenten und Simulationsmodelle für die Tests kommen vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme.
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Elektronische Überwachung soll Material sparen
Es ist geplant, dass das Monitoringsystem auch Informationen zur erforderlichen Wandstärke der Tanks liefert. „Langfristig wollen wir Sicherheitsreserven, die bislang noch durch einen höheren Einsatz des CFK-Materials erkauft sind, durch elektronische Überwachungsmethoden ersetzen“, erklärt Projektleiter Jens Prager. Die energieintensive Fertigung des CFK-Materials (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) wirke sich auf die CO2-Bilanz der Speicher aus. Mit leichteren Tanks, die zugleich länger genutzt werden könnten, ließe sich der ökologische Fußabdruck der wasserstoffbetriebenen Mobilität und der Wasserstoffinfrastruktur insgesamt optimieren.
