Das Tempo könnte zwar höher sein, doch die grüne Wasserstoffwirtschaft kommt allmählich in Fahrt. Die Produktionskapazitäten wachsen, an der Infrastruktur wird gebaut, und auch die Zahl der realen Abnehmer nimmt zu. Wie schnell es vorangeht, hängt wesentlich von politischen Entscheidungen ab. Die Industrie ist bereit, ihren Teil zu leisten. Viele Unternehmen warten nur auf die Möglichkeit zum Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft. Auch die nötige Technik steht bereits zur Verfügung, denn in der Handhabung unterscheidet sich H2 nicht grundsätzlich von Erdgas, und die Anforderungen an den Ex-Schutz sind sehr ähnlich. Auf praktisch allen Stationen, die der grüne Wasserstoff entlang der Wertschöpfungskette durchläuft, kann man also auf bewährte Prozess- und Automatisierungstechnik zurückgreifen.
Pepperl+Fuchs hat in den 1950er-Jahren die ersten Trennbarrieren auf den Markt gebracht und damit die Tür zum elektronischen Explosionsschutz geöffnet. Seitdem ist das Portfolio des Mannheimer Unternehmens im Bereich verbindungstechnischer Komponenten für die sichere Signalübermittlung in Ex-Zonen stetig gewachsen. Heute umfasst es unter anderem Signaltrenner, Remote-I/O-Systeme sowie eigensichere Barrieren, Mobilgeräte und explosionsgeschützte Gehäuse für Geräte und Komponenten ohne eigene Ex-Zulassung. Außerdem bietet Pepperl+Fuchs eine große Auswahl von Sensoren mit der Zündschutzart Eigensicherheit an. Durch ihren Einsatz in Kombination mit eigensicheren Trennbarrieren lässt sich der Aufwand für Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten an Ex-i-Kreisen deutlich senken.
Module für Feldkommunikation
Bei der Signalübertragung bietet sich Ethernet-APL als physische Grundlage für Feld-Netzwerke an. Es erlaubt sowohl bei Nachrüstung als auch bei Neuinstallation eine sehr flexible Gestaltung der Architekturen. Auf Basis der Zweidrahtleitung überträgt es Ethernet-APL, während es die angeschlossenen Geräte zugleich mit Betriebsstrom versorgt. Bislang sind Übertragungswege zwischen Switch und Feldgerät von bis zu 200 m möglich. Die Kommunikationsmöglichkeiten sind umfassend, sie reichen von der automatischen Erkennung von Geräten beim Anschluss bis zum gleichzeitigen Hochladen der Dokumentation und Übertragung des aktuellen Messwertes. Pepperl+Fuchs hat die Entwicklung dieses offenen Standards zusammen mit anderen Akteuren vorangetrieben und verfügt in diesem Bereich neben tiefem Know-how auch über eine breite Palette von explosionsgeschützten Komponenten.
Ein Beispiel sind die FieldConnex Switches mit eigensicheren Ethernet-APL-Ports, die Feldgeräte aus jeder Ex-Zone bis Zone 0 anbinden können. Sie ermöglichen die durchgängige Ethernet-Kommunikation von der obersten Hierarchieebene bis zu den Endpunkten im Feld, wie etwa den dort installierten Feldgeräten.
Geschützte Gehäusesysteme
Die explosionsgeschützten Trennbarrieren und FieldConnex Switche können im Schaltschrank oder in geeigneten Gehäusen auch in der Ex-Zone 2 montiert werden. Für diesen Zweck finden sich im Portfolio der Mannheimer verschiedene maßgeschneiderte Ex-Gehäuse, etwa aus glasfaserverstärktem Polyester oder rostfreiem Edelstahl. Eine andere Option stellen die überdruckgekapselten Gehäuse dar (Ex-p), in denen zum Beispiel Analysesysteme untergebracht werden können. Solche Systeme für die Gasanalyse werden unter anderem bei der Gewinnung des Wasserstoffs im Elektrolyseur zur Qualitätskontrolle eingesetzt.
Die Analysatoren selbst sind nicht für Ex-Zonen zugelassen, ihre ungeschützte Elektronik wird vom explosionsgefährdeten Bereich durch ein Gehäuse, zum Beispiel dem Überdruckkapselungssystem Bebco EPSR Serie 6000 abgeschirmt. Es wird mit Druckluft oder einem nichtbrennbaren Gas wie Stickstoff geflutet; ein dauerhafter Überdruck sorgt dafür, dass keine explosionsfähigen Gase eindringen können. Das Gehäusesystem arbeitet vollautomatisch, führt den Spülvorgang eigenständig durch, baut den Überdruck auf und überwacht diesen kontinuierlich. Eine intuitive Benutzerschnittstelle erlaubt eine leichte Konfigurierung; die Bypass-Funktion macht einfache Inbetriebnahme und Wartung möglich.
In einem solchen Gehäuse können neben Analysatoren auch andere Geräte und Komponenten geschützt untergebracht werden. Die eigensicheren und überdruckgekapselten Gehäuse sind Teil eines Komplettangebots, das anwendungsspezifisches Engineering, vollständige Zertifizierung sowie individuelle Fertigung nach ATEX-, IECEx- und NEC-Richtlinien umfasst.
Sensorauswahl für H2-Anwendungen
Pepperl+Fuchs produziert seit vielen Jahren industrietaugliche RFID-Geräte und kann diese Technologie als einer von wenigen Herstellern auf der Welt auch für Ex-Zonen anbieten. Für die Wasserstoffwirtschaft spielt sie vor allem an Übergabestationen eine wichtige Rolle. Explosionsgeschützte RFID-Leseköpfe können an der Abgabestelle, zum Beispiel einem Schlauchanschluss, montiert werden. Anhand eines Transponders am Schlauchende lässt sich so sicherstellen, dass die vorgesehenen Anschlussstücke miteinander verbunden sind.
Für diese Aufgabe stehen RFID-Schreib-/Leseköpfe in Zündschutzart Ex m (Vergusskapselung) zur Verfügung, die für Anwendungen in ATEX-Zonen 1 und 21 zugelassen sind. Erst nach Überprüfung der korrekten Zuordnung zwischen Schlauch und Schlauchkupplung wird der nachfolgende Prozessschritt freigegeben. RFID-Daten lassen sich zudem nutzen, um den Abnehmer zu identifizieren, einen Tankvorgang zuzuordnen, zu dokumentieren und abzurechnen. Leseköpfe mit größerer Reichweite können auch Tankfahrzeuge bei der Ein- und Ausfahrt in definierte Zonen erfassen. Für die präzise und sichere Positionierung von selbstfahrenden Fahrzeugen verfügt Pepperl+Fuchs ebenfalls über geeignete Sensorsysteme.
An automatisierten H2-Tankstellen, die zum Beispiel für die Betankung von Gabelstaplern verwendet werden, kann RFID auch zur Steuerung des Tankvorgangs genutzt werden. Der Lesekopf an der Tankstelle identifiziert den angedockten Stapler. Die Daten werden in mehreren redundanten Systemen abgelegt, sodass zwei unterschiedliche Datensätze vorliegen und in einer sicheren Steuerung abgeglichen werden können. Anhand der Transponderdaten wird die passende Druckstufe eingestellt. An die RFID-Auswerteeinheiten können bis zu vier Leseköpfe angeschlossen werden; passende industrietaugliche Ethernet-Switches können bis zu 16 Auswerteeinheiten anbinden. Die Komponenten für den gesamten Datenaustausch vom Feld bis zur Steuerung kommen dabei aus einer Hand.
Das gilt ebenso für induktive Sensoren für die Ventilstellungsrückmeldung. Hier bietet Pepperl+Fuchs eine breite Palette von Geräten mit Zulassung für explosionsgefährdete Zonen an. Die Sensoren der Serie F31K2 sind zudem mit den Schutzarten IP66, IP67 und IP69K verfügbar und weisen einen erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +75 °C auf. Damit sind sie selbst extrem rauen Bedingungen gewachsen und können zum Beispiel in Hafenanlagen eingesetzt werden.
