Ziel der Entwicklung
Speicherung und Transport von Wasserstoff stellen trotz der erzielten Fortschritte technische Herausforderungen dar. Daher ist für große Distanzen ein Trägermedium für den Transport von Wasserstoff sinnvoll. Ammoniak hat dabei den Vorteil, dass die Freisetzung direkt vor Ort möglich ist, indem ein Cracker eingesetzt wird, der das Gas in die Elemente spaltet. Das Produktgas kann dem Verbraucher, z.B. einer Brennstoffzelle, nach dem Reinigungsschritt unmittelbar zugeführt werden. Allerdings kann unverbrauchter Ausgangsstoff den Verbraucher schädigen, wobei sich die Anforderungen an den tolerierbaren Gehalt je nach Bauart deutlich voneinander unterscheiden.
Ziel war es, für die Umsatzkontrolle im Ammoniak-Cracker eine Messzelle zu entwickeln, die dem Schutz des Verbrauchers (z.B. einer Brennstoffzelle) dient. Die Messzelle ist für die Bestimmung des Restammoniakgehalts in einem trockenen N2 / H2 - Gasgemisch mit 75 Vol% H2 ausgelegt.
Sie soll den NH3-Gehalt kontinuierlich oder in kurzen zeitlichen Abständen am Ausgang des Crackers messen, sodass die Entscheidung bezüglich eines festgelegten Grenzwertes getroffen werden kann. Ziel ist dabei eine zuverlässige und wartungsarme Zelle, die eine möglichst hohe Empfindlichkeit besitzt und keine Drift aufweist, sodass sie mit einer einmaligen Kalibrierung auskommt. Ein insgesamt preisgünstiger Aufbau sollte erreicht werden, der zu einer breiten Anwendung, z. B. auch im mobilen Bereich geeignet ist. Dabei wurde auch eine Lösung beabsichtigt, die in ein Rohrleitungssystem oder einen Bypass integriert werden kann und somit in bestehenden Prozessketten nachrüstbar ist. Weiterhin ist eine kurze Ansprechzeit (Sekundenbereich) erforderlich.
Vorteile und Lösungen
Um die Gasqualität sicherzustellen bzw. um die Entscheidung für eine weitere Reinigung zu treffen, wurde das photoakustische Messungsprinzip genutzt, das eine hohe Empfindlichkeit und eine kurze Ansprechzeit ermöglicht.
Da eine insgesamt preisgünstige Lösung gefunden werden sollte, wurde ein Aufbaukonzept entwickelt, das nach Möglichkeit Komponenten enthält, die entweder kommerziell erhältlich sind oder die durch Skalierung in größeren Stückzahlen preisgünstig hergestellt werden können. Dementsprechend wurde eine Messplattform entwickelt, die auf innovativen thermischen Emittern basiert und ohne Chopper arbeitet. Außerdem wurde ein kommerzielles MEMS-Mikrofon als Empfänger genutzt, sodass keine aufwendige Elektronik bei der Steuerung und Detektion erforderlich ist.
Die technische Umsetzung erfolgte über eine modulare Entwicklungsplattform für mobile Anlagen oder als Bestandteil kleinerer Prozessgeräte. Die Bauweise erlaubt dabei die Installation über Fittings, sodass kundenspezifische Sensorelemente schnell integriert werden können. Die Komponentenwahl und Fertigungsprozesse wurden so optimiert, dass der Endpreis konkurrenzfähig bleibt.
Zielgruppe und Zielmarkt
Für die in diesem Projekt zu entwickelnden Sensoren/Technologien kommt als Markt industrielle und FuE-Anwendung in Betracht. Die Nutzung von Wasserstoff aus Ammoniak ist dabei insbesondere für besonders für klein- und mittelständische Unternehmen / Kunden relevant. Als potentielle Kunden kommen auch Hersteller von Messtechnik für die oben genannten Endmärkte in Frage.
Neuartige, wartungsarme, explosionsgeschützte photoakustische NH₃ Sensoren zur Bestimmung des Umsatzgrades im Ammoniak Cracker haben vor allem Anwendungspotential überall dort, wo aus NH₃ gewonnener H₂ sicher, effizient und verbrauchertauglich bereitgestellt werden muss. Durch ihre Mobilität und Nachrüstbarkeit eignen sie sich sowohl für stationäre Anlagen als auch für dezentrale, containerisierte oder mobile H₂ Systeme, zur Überwachung von Leckagen und Fehlfunktionen
Kerneinsatz: Ammoniak Cracker & Brennstoffzellen
– Inline Umsatzkontrolle in NH₃ Crackern, um sicherzustellen, dass Rest NH₃ unter typischen Grenzwerten bleibt und Schäden vermieden werden.
– Schutzfunktion für nachgeschaltete Verbraucher
Prozess- und Anlagenüberwachung
– Kontinuierliche Prozessüberwachung in Power to Ammonia /Power to Hydrogen Ketten
– Nachrüstung in bestehende Prozessketten wie sie für schnelle Online Überwachung bewährt sind, lokale Sicherheitssensorik.
Mobile und dezentrale Anwendungen
Sicherheits- und EX-Bereiche
– Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (ATEX/IECEx), z.B. in chemischen Anlagen, Hafenterminals oder Tanklagern
– Qualitäts- und Umweltmonitoring
