Für die Sicherheit bei Wasserstofftransport und -speicherung

Das Bild zeigt einen MEMS Gassensor aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop. Das Herzstück der Sensorstruktur bildet eine dünne perforierte Membran in der ein Heizelement und Temperatursensoren integriert sind. (Copyright: Hahn-Schickard)

Die neue Importstrategie der Bundesregierung soll Deutschland und der deutschen Wirtschaft die Versorgung mit ausreichend Wasserstoff und H2-Derivaten ermöglichen. Wasserstoff ist ein hochaktuelles Thema und mehr und mehr Bauteile wie z. B. Rohrleitungen, müssen der Anwendung mit Wasserstoff sicher standhalten.

Zu diesem Thema haben sich Hahn-Schickard aus Villingen-Schwenningen und das Kunststoff-Zentrum SKZ aus Würzburg zusammengetan. Hahn-Schickard stellt Lösungen mit Mikrosystemtechnik her, sogenannte mikroelektromechanische Systeme (MEMS). Diese Systeme sind kleiner als ein Fingernagel und finden auch im Bereich von Wasserstoff geführten Teilen Anwendung. Das SKZ als Europas größtes Institut im Kunststoffbereich möchte derlei Systeme an z. B. Rohren und Kunststoffbauteilen integrieren, um ein Warnsystem bei H2-Leckagen zu etablieren. Gemeinsam widmen sich die beiden Institute im Projekt ‚H2Sens‘ der Entwicklung und Validierung eines kostengünstigen Wasserstoff (H2)-selektiven Sensorkonzepts für H2-führenden Bauteile und Halbzeuge. Die im Rahmen des Projekts entstehenden Prototypen werden dabei in einer speziell entwickelten Messkammer auf ihre Sensitivität geprüft. Die H2-selektiven Sensoren sollen anschließend an Schwachstellen von wasserstoffführenden Bauteilen angebracht werden (wie z. B. Muffen oder Schweißnähten), um im Falle eines Durchbruchs von Wasserstoff schnelles Eingreifen zu ermöglichen.

Im Projektbegleitendem Ausschuss am 24.10.2024 wurden die ersten Ergebnisse des Projektes vor kooperierenden Unternehmen präsentiert und beim digitalen Miteinander diskutiert.

Ein Partner des Projektes ist das Unternehmen Hahn-Schickard aus Villingen-Schwenningen welches über langjährige Expertise in der Entwicklung, Fertigung und Charakterisierung von miniaturisierten Sensorsystemen mit thermischen Wirkungsprinzipien verfügt.

„Im Bereich Strömungssensoren wurden in der Vergangenheit kundenspezifische Siliziumsensoren und Sensormodule für diverse Anwendungen entwickelt. Der MEMS-Reinraum ist ISO-zertifiziert (ISO 9001:2015) und bietet nach außen einzelne Prozess-Schritte bis zu komplexen Fertigungsdurchläufen an“, so der Projektleiter bei Hahn-Schickard.

„Die Forschung lebt für die Praxis! Begleiten Sie das Projekt H2Sens gemeinsam mit uns im projektbegleitenden Ausschuss und profitieren Sie von den Ergebnissen des Projektes. Seien Sie der Entwicklung bei wasserstoffführenden Bauteilen und Materialien einen Schritt voraus!“, ergänzt Stefanie Grunert, Scientist im Bereich Spektroskopie.

Hahn-Schickard (HS) nutzt eine Prozesstechnologie zum selektiven Abtragen von Opferschichten, um Strukturen der Oberflächenmikromechanik (OMM) mit präzisen Spaltmaßen bis zu wenigen hundert Nanometern herzustellen. Dies ermöglicht eine neuartige Generation miniaturisierter thermischer Sensorstrukturen mit spezifischer Sensitivität aufgrund der drastischen Aspekt-Verhältnisse. Mit dieser Technologie lassen sich hochintegrierte Druck-, Temperatur- und thermische Gassensoren auf einem einzigen Sensorchip herstellen, die wegen ihrer Lage am selben Messort eine sehr genaue Kompensation zur thermischen Gasanalyse erlauben.

Die Anwendungsgebiete für die Sensorik erstrecken sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette von H2-Anwendungen – von der Effizienzüberwachung bei der Elektrolyse oder Brennstoffzellen, über die beschleunigte Materialentwicklung bis hin zur Sicherheitsüberwachung von Transport- und Lagerungsinfrastruktur (Rohre, Tanks).

Das SKZ ist ein Klimaschutzunternehmen und Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.