I veicoli a celle a combustibile hanno bisogno di idrogeno per funzionare, ma quell'idrogeno deve essere privo di qualsiasi contaminante che potrebbe danneggiare la cella a combustibile. Il professor Andreas Schütze e il suo team di ricerca presso la Saarland University stanno collaborando con partner di ricerca per sviluppare un sistema di sensori in grado di fornire un monitoraggio continuo in situ della qualità dell'idrogeno nelle stazioni di rifornimento di idrogeno. La cella di misura a infrarossi sarà installata all'interno della stazione di rifornimento di idrogeno e dovrà operare in condizioni molto impegnative.

Il sistema di sensori deve funzionare in modo affidabile, nonostante pressioni estremamente elevate e tempi di rifornimento ridotti. Il nuovo sistema di sensori sarà sottoposto a prove operative questo autunno. Il team di ricerca di Saarbrücken sarà presente all'Hannover Messe di quest'anno a partire dal 1 aprile, dove esporranno il loro banco di prova ad alta pressione presso lo stand di ricerca e innovazione del Saarland (padiglione 2, Stand B46).

Alle auto non piace se sono costrette a funzionare con carburanti di bassa qualità o di bassa purezza. E lo stesso vale per i veicoli alimentati dalla tecnologia delle celle a combustibile. Il conducente di un veicolo a celle a combustibile fa il pieno di idrogeno anziché di combustibile fossile, ma anche l'idrogeno può essere contaminato. Impurità come composti contenenti zolfo, ammoniaca o idrocarburi possono contaminare l'idrogeno durante il processo di produzione, durante il trasporto alla stazione di idrogeno o durante il processo di ricarica. E questo può rendere la guida molto meno piacevole.

"I contaminanti possono effettivamente avvelenare la cella a combustibile, " spiega l'esperto di sensori, il professor Andreas Schütze della Saarland University. Anche bassi livelli di impurità possono danneggiare le membrane delle celle a combustibile. Di conseguenza, la cella a combustibile produce meno elettricità, la potenza è ridotta e il veicolo percorre distanze più brevi. Nel peggiore dei casi, la cella a combustibile verrà danneggiata in modo irreversibile e l'auto semplicemente smetterà di funzionare.

Per impedire che le cose vadano così lontano, Schütze e il suo team hanno lavorato con partner di ricerca per sviluppare una tecnologia che assicuri che la cella a combustibile sia alimentata solo con idrogeno ad alta purezza, prolungando così la durata della cella a combustibile. I partner del progetto includono il Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE e Hydac Electronic GmbH.

Fino ad ora, la purezza dell'idrogeno è stata determinata analizzando campioni in laboratorio. Alla Saarland University e allo Zema-Center for Mechatronics and Automation Technology di Saarbrücken, i ricercatori stanno lavorando a un sistema di sensori che monitora continuamente la qualità dell'idrogeno durante il processo di rifornimento. "La sfida è duplice:misurare al livello di precisione richiesto e far fronte alle condizioni in cui il sistema di sensori deve funzionare, " dice Schütze. Il processo di rifornimento utilizza pressioni di idrogeno da 700 a 900 bar e dura meno di tre minuti.

Il team di ricerca sta quindi sviluppando una cella di misurazione a infrarossi in grado di misurare in modo affidabile e preciso in queste condizioni estreme. Le pressioni molto elevate a cui sono esposti i loro sensori vengono utilizzate dal team per migliorare ulteriormente la sensibilità del loro processo.

Andreas Schütze e il suo team di ricerca hanno già prodotto celle di misura commerciabili per il monitoraggio della qualità di oli e altri liquidi. Ma le pressioni che i ricercatori devono ora affrontare significano che si trovano in un territorio inesplorato.

"Fino ad ora, nessuno ha effettuato misurazioni di questo tipo a pressioni così elevate. Normalmente, questo tipo di misurazioni vengono eseguite a pressioni non superiori a 40 o 50 bar, " dice Andreas Schütze. La cella di misura per il gas inodore H2 è installata all'interno della stazione di rifornimento di idrogeno e il combustibile a idrogeno scorre attraverso un tubicino. "Illuminiamo il gas che passa attraverso il tubo con luce proveniente da una sorgente a infrarossi e raccogliamo la luce fuoriesce dalla parte opposta del tubo. Se c'è stato un cambiamento nella composizione chimica del gas, lo spettro infrarosso cambierà di conseguenza. Questo ci permette di rilevare la presenza di additivi o contaminanti indesiderati, " spiega il professor Schütze.

I membri del suo gruppo di ricerca stanno attualmente conducendo esperimenti e stanno assegnando particolari segnali di assorbimento a infrarossi ai vari contaminanti. Stanno anche determinando quali lunghezze d'onda dello spettro infrarosso sono più adatte per le misurazioni e stanno calibrando il sistema. Queste importanti fasi preparatorie devono essere completate prima di questo autunno, quando il sistema di sensori sarà installato in una stazione di rifornimento di idrogeno per prove operative. "Una delle domande che stiamo studiando al momento è se e come l'intensità dello spettro infrarosso che misuriamo cambia con la pressione. Il sistema di sensori deve essere in grado di rilevare in modo affidabile una gamma di contaminanti a livelli di concentrazione significativamente inferiori a quelli che troviamo negli oli, " spiega Marco Schott, uno studente di dottorato che lavora sulla cella di misurazione dell'idrogeno.