Veículos de célula de combustível precisam de hidrogênio para operar, mas esse hidrogênio deve estar livre de quaisquer contaminantes que possam danificar a célula de combustível. O professor Andreas Schütze e sua equipe de pesquisa na Saarland University estão colaborando com parceiros de pesquisa para desenvolver um sistema de sensor que pode fornecer monitoramento in situ contínuo da qualidade do hidrogênio em estações de abastecimento de hidrogênio. A célula de medição infravermelha será instalada dentro da estação de abastecimento de hidrogênio e deverá operar em condições bastante desafiadoras.

O sistema do sensor deve funcionar de forma confiável, apesar de pressões extremamente altas e curtos tempos de reabastecimento. O novo sistema de sensor passará por testes operacionais neste outono. A equipe de pesquisa de Saarbrücken estará no Hannover Messe deste ano a partir de 1º de abril, onde eles estarão apresentando sua plataforma de teste de alta pressão no Estande de Pesquisa e Inovação de Saarland (Hall 2, Suporte B46).

Os carros não gostam quando são forçados a funcionar com combustíveis de baixa qualidade ou pureza. E o mesmo é verdadeiro para veículos movidos por tecnologia de célula de combustível. O motorista de um veículo com célula de combustível se enche de hidrogênio em vez de combustível fóssil, mas mesmo o hidrogênio pode ser contaminado. Impurezas, como compostos contendo enxofre, amônia ou hidrocarbonetos podem contaminar o hidrogênio durante o processo de produção, durante o transporte para a estação de hidrogênio ou durante o processo de recarga. E isso pode tornar a direção muito menos prazerosa.

"Os contaminantes podem realmente envenenar a célula de combustível, "explica o especialista em sensores, o professor Andreas Schütze, da Saarland University. Mesmo baixos níveis de impurezas podem danificar as membranas das células de combustível. Como resultado, a célula de combustível produz menos eletricidade, a saída de energia é reduzida e o veículo viaja distâncias mais curtas. Na pior das hipóteses, a célula de combustível será irreversivelmente danificada e o carro simplesmente parará de funcionar.

Para impedir que as coisas cheguem tão longe, Schütze e sua equipe têm trabalhado com parceiros de pesquisa para desenvolver tecnologia que garanta que a célula de combustível seja alimentada apenas com hidrogênio de alta pureza, estendendo assim a vida útil da célula de combustível. Os parceiros do projeto incluem o Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar ISE e Hydac Electronic GmbH.

Até agora, a pureza do hidrogênio foi determinada pela análise de amostras em um laboratório. Na Saarland University e no Zema - Centro de Mecatrônica e Tecnologia de Automação em Saarbrücken, os pesquisadores estão trabalhando em um sistema de sensor que monitora continuamente a qualidade do hidrogênio durante o processo de reabastecimento. "O desafio é duplo:medir no nível necessário de precisão e lidar com as condições sob as quais o sistema de sensor precisa operar, "diz Schütze. O processo de reabastecimento usa pressões de hidrogênio de 700 a 900 bar e dura menos de três minutos.

A equipe de pesquisa está, portanto, desenvolvendo uma célula de medição infravermelha que pode medir de forma confiável e precisa sob essas condições extremas. As pressões muito altas às quais seus sensores são expostos são usadas pela equipe para melhorar ainda mais a sensibilidade de seu processo.

Andreas Schütze e sua equipe de pesquisa já produziram células de medição comercializáveis ​​para monitorar a qualidade de óleos e outros líquidos. Mas as pressões com que os pesquisadores estão tendo que lidar significam que eles estão em um território desconhecido.

"Até agora, ninguém fez medições desse tipo em pressões tão altas. Normalmente, esses tipos de medições são feitos em pressões de não mais do que 40 ou 50 bar, "diz Andreas Schütze. A célula de medição para o gás inodoro H2 é instalada dentro da estação de abastecimento de hidrogênio e o combustível de hidrogênio flui por um pequeno tubo." Iluminamos o gás que passa pelo tubo com luz de uma fonte infravermelha e coletamos a luz desmaiando no lado oposto do tubo. Se houve uma mudança na composição química do gás, o espectro infravermelho mudará de acordo. Isso nos permite detectar a presença de aditivos indesejados ou contaminantes, "explica o professor Schütze.

Membros de sua equipe de pesquisa estão atualmente conduzindo experimentos e atribuindo sinais de absorção infravermelha específicos aos vários contaminantes. Eles também estão determinando quais comprimentos de onda do espectro infravermelho são mais adequados para as medições e estão calibrando o sistema. Essas etapas preparatórias importantes precisam ser concluídas antes deste outono, quando o sistema sensor será instalado em uma estação de reabastecimento de hidrogênio para testes operacionais. "Uma das questões que estamos estudando no momento é se e como a intensidade do espectro infravermelho que medimos muda com a pressão. O sistema do sensor deve ser capaz de detectar com segurança uma gama de contaminantes em níveis de concentração significativamente abaixo do que encontramos em óleos, "explica Marco Schott, um estudante de doutorado trabalhando na célula de medição de hidrogênio.