Wasserstoff ist äußerst vielseitig und kann eine ganze Reihe „technischer“ Aufgaben übernehmen: Als Formier- oder Schutzgas reduziert es Oberflächenoxide, als Kühlmittel führt es Wärme ab und in der Lebensmittelherstellung härtet es Pflanzenfette. Vor allem aber kommt es in Brennstoffzellen zum Einsatz: In diesen oxidiert das Gas zu Wasser, ein Ablauf, der Energie in Form von Elektronen freisetzt. Diese kann dann entweder für Anwendungen wie Systeme zur unterbrechungsfreien Stromversorgung genutzt werden – oder für elektrische Antriebe vor allem in Straßen- und Wasserfahrzeugen.
Beste Aussichten für Brennstoffzellen-Hersteller
Der Markt für Brennstoffzellen wächst derzeit stark, da die Nachfrage nach Zellen für die dezentrale Stromversorgung oder den Einsatz in umweltschonenden elektrischen Flurförder- oder Fahrzeugen wächst. Erste marktreife Anwendungen wie Zellen etwa für den stationären Einsatz, für Service-Fahrzeuge in der Gastronomie oder für Sportboote verkaufen sich bereits recht gut; auch das Netz verfügbarer Wasserstoff-Tankstellen wächst. Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer geht davon aus, dass der Umsatz mit Brennstoffzellen von derzeit rund 350 Mio. Euro bis 2020 auf dann zwei Mrd. Euro steigen wird.
Unternehmen, die von dieser Entwicklung profitieren wollen, brauchen entsprechendes Know-how sowie entsprechende Technologien und Werkstoffe, denn Brennstoffzellen und alle mit ihnen verbundenen wasserstoffführenden Systeme müssen bestens gesichert werden.
Wasserstoff verfügt nämlich über eine Reihe unangenehmer Eigenschaften, die seine Verwendung erschweren: Der Stoff permeiert wegen seiner geringen Molekülgröße durch viele herkömmliche Dichtmaterialien. Zudem kann er bei niedrigen Temperaturen, wie sie etwa bei Wasserstoff-Betankungsvorgängen entstehen, hochfeste Stähle verspröden, das heißt brüchig machen. Beides kann, speziell bei mittleren und höheren Druckverhältnissen, äußerst gefährlich sein: Der Stoff ist brennbar und reagiert beispielsweise heftig mit Sauerstoff, der außer in der Luft auch in anderen Materialien gebunden sein kann.
Deshalb kommt der Überwachung und Regelung von Wasserstoffkreisläufen eine besondere Bedeutung zu: Ohne geeignete Messfühler, die Druckveränderungen im Kreislauf dauerhaft zuverlässig überwachen, lässt sich kein sicherer Wasserstoffkreislauf entwickeln (der Stoff lagert meist unter Drücken von 400 bis 700 bar, dieser „Tankdruck“ wird zur Überführung oder in der Anwendung auf den jeweiligen „Transport-“ oder „Systemdruck angepasst).
Das Auswählen geeigneter Sensoren ist keineswegs einfach und erfordert einige Umsicht. Denn Standardsensoren ohne speziellen Schutz sind nicht für den Dauereinsatz mit Wasserstoff geeignet. Und viele der am Markt erhältlichen wasserstoffbeständigen Messfühler haben einen anderen Nachteil – einen hohen Preis. Meist handelt es sich nämlich um „Standardsensoren“, deren medienberührende Oberflächen mit einer Goldbeschichtung versehen wurden. Diese schützt sie zwar tatsächlich gut gegen Wasserstoff – Gold hat eine sehr niedrige Wasserstoff-Diffusionsrate –, ist aber auch sehr teuer. Natürlich werden auch wasserstoffbeständige Sensoren aus anderen Materialien und mit besserem Preis-Leistungs-Verhältnis verkauft. Doch ihr Einsatz setzt ein wenig Fachwissen voraus.
Welcher Sensor für welches Projekt geeignet ist, hängt also vom jeweiligen Druckbereich sowie weiteren Spezifikationen ab. Grundsätzlich sollten Planer und Entwickler jedoch hoch-sicheren und zugleich wirtschaftlichen Materialien und Technologien wie austenitischen Stählen den Vorzug geben. Falls dabei Zweifel über die Eignung eines bestimmten Produktes bestehen bleiben, kann ein Blick auf dessen Zertifizierungen helfen: Die in der Automobilindustrie übliche, strenge EC79/2009-Norm gewährleistet hohe Betriebssicherheit – und genau die sollte beim Verwenden von Wasserstoff das Wichtigste sein.
