Perfekte Stacks für Elektrolyseure und Brennstoffzellen

Abbildung von BEBCO EPSR Serie 6000

Ex-Schutz für die Signalübertragung: Gehäuse mit Überdruckkapselungssystem BEBCO EPSR Serie 6000, weltweit zertifiziert, unter anderem nach Atex, IECEx, UL und cULus (Quelle: Pepperl+Fuchs)

Im PEM-Elektrolyseur sind die elektrodenbeschichteten Membranen zwischen sogenannten Bipolarplatten platziert, die den Zustrom des Wassers und die Abführung der Gase ermöglichen. Ihre „Rückseite“ ist der jeweils nächsten Membran Zelle zugewandt und erfüllt dort dieselbe Funktion. Aus einer Abfolge aufeinandergestapelter Bipolarplatten und Membranen entsteht der sogenannte Stack, das Herzstück des Elektrolyseurs. Nach demselben Prinzip ist auch die Brennstoffzelle aufgebaut, die mit entgegengesetzter Wirkrichtung aus Wasserstoff elektrischen Strom gewinnt.

Die Bipolarplatten (BPP) bestehen meist aus Edelstahl und durchlaufen einen Prägeprozess, um die Flusskanäle auszubilden. Häufig wird dieser Schritt einseitig durchgeführt, anschließend werden zwei Plattenseiten durch Laserschweißen zu einer Einheit verbunden. Bei der beidseitig mit den Elektroden beschichteten Membran spricht man von einer Dreilagen-MEA (Membrane Electrode Assembly). Werden zusätzlich zwei Dichtungsrahmen aufgebracht, ist es ein Fünflagenkonstrukt. Sieben Lagen kommen zusammen, wenn beidseitig noch je eine Gasdiffusionslage (Gas Diffusion Layer, GDL) hinzukommt.

Im Produktionsablauf müssen die verschiedenen Lagen exakt übereinander liegen, Doppellagen dürfen dabei nicht vorkommen. In der Stack-Montage müssen die mehrlagigen Membranen dann ebenfalls hochpräzise mit den Bipolarplatten verbunden werden. Pepperl+Fuchs bietet mit dem Doppelbogensensor etwa des Typs UDC-18GS ein Ultraschallgerät an, das speziell für die Erkennung von Doppellagen entwickelt wurde. Andere Ultraschallgeräte sowie optische Sensoren werden in der automatisierten Stack-Fertigung für die Detektion von Konturen und Abständen eingesetzt.

Identifikation und Ex-Schutz an der H2-Tankstelle

Grüner Wasserstoff soll nicht zuletzt im Bereich Mobilität und Transport die Dekarbonisierung möglich machen. In der Intralogistik werden schon seit einigen Jahren fahrerlose Gabelstapler eingesetzt, die ihre Energie aus Brennstoffzellen beziehen. Sie steuern auch die Tankstellen autonoman, an denen sie ihre Wasserstoff-Drucktanks auffüllen. Dort müssen die Fahrzeuge zunächst identifiziert und korrekt positioniert werden. Dieser Vorgang ist eine sicherheitsgerichtete Anwendung, die in diesem konkreten Fall nach EN ISO 13849-1 bewertet wurde und definierte Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllen muss.

Die Identifikation übernimmt ein RFID-Lesekopf an der Tankanlage anhand eines am Stapler befestigten Transponders. Die Daten werden auf eine Entfernung von bis zu 4 m erfasst. Sie sind im Transponder divers redundant abgelegt, sodass der Reader zwei unterschiedliche Datensätze auslesen muss, die wiederum mit hinterlegten Daten in der sicheren Steuerung verglichen werden. Sobald dieser Vorgang erfolgreich abgeschlossen ist, werden weitere interne Sicherheitsfunktionen ausgelöst. Dazu gehören das Abbremsen des Fahrzeugs und die Aktivierung der Positionierung, um den Tankvorgang starten zu können. Mittels der Identifikation des Fahrzeugs erkennt die Tankstation den Status des Fahrzeugs, also beispielsweise den korrekten Druck für die Betankung.

Wie jede Wasserstoffanlage bildet auch die H2-Tankstelle eine explosionsgefährdete Zone. Da sich Wasserstoff ähnlich wie Methan verhält, kann man beim Ex-Schutz auf bewährte Technologien aus dem Umgang mit Erdgas zurückgreifen. Pepperl+Fuchs gehört zu den Pionieren des elektronischen Explosionsschutzes in der Automatisierungstechnik und liefert seit den 1950er-Jahren Trennbarrieren. Darüber hinaus bietet das Mannheimer Unternehmen eine breite Palette verbindungstechnischer Komponenten für die sichere Signalübermittlung in Ex-Zonen an. Dazu gehören unter anderem eigensichere Barrieren, Signaltrenner, Remote-IO-Systeme und eigensichere Mobilgeräte.

Sensoren stehen mit der Zündschutzart Eigensicherheit zur Verfügung. Die Trennbarrieren können im Schaltschrank montiert werden, in Verbindung mit einem geeigneten Gehäuse auch in der Ex-Zone 2. Maßgeschneiderte Zone-2-Gehäuse, wie etwa die Gehäuseserie GR.T, gehören ebenfalls zum Portfolio. Eine weitere Zündschutzart, die Überdruckkapselung, kommt zum Beispiel bei Analysegeräten zum Einsatz, mit denen der Reinheitsgrad des Wasserstoffs überprüft wird. Pepperl+Fuchs bietet zudem anwendungsspezifisches Engineering an, mit dem Bau von Gehäuselösungen nach Atex-, IECEx- und NEC-Richtlinien und der vollständigen Zertifizierung.

Wolfgang Weber, Global Industry Manager für erneuerbare Energien bei der Pepperl+Fuchs SE in Mannheim
2 / 2

Ähnliche Beiträge