INDUSTRIELLE AUTOMATION 1/2021

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Energielieferant der Zukunft Grüner Wasserstoff – nicht jede Messtechnik sorgt für einen sicheren Überwachungsprozess Wasserstoff gewinnt im Rahmen der Energiewende zunehmend an Bedeutung. Entwickelt wird daher an einer passenden Infrastruktur sowie an neuen Systemen, von der Elektrolyse bis hin zu Brennstoffzellen. Damit sie sicher betrieben werden können, sind moderne Sensoren zur Überwachung und Messung von Druck und Temperatur unabdingbar. Denn Wasserstoff ist brennbar. Bereits seit Jahrzehnten gilt Wasserstoff als Energieträger der Zukunft. Er lässt sich mit Hilfe erneuerbarer Energien aus Wind und Sonne nicht nur CO 2 -frei gewinnen, sondern auch speichern und vielseitig verwenden. Die Bundesregierung möchte Wasserstoff zu einer weiteren Säule der Energiewende ausbauen – neben den erneuerbaren Energien und der Energieeffizienz. Dazu werden in den nächsten Jahren im Rahmen der nationalen Wasserstoffinitiative insgesamt 9 Milliarden EUR investiert. Mit dem Projekt soll Klima und Wirtschaft zugleich geholfen werden. Schlüsselelement für saubere Energie Wasserstoff ist aus technischer Sicht eine ideale Lösung für unterschiedliche Aufgaben, die mit der Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien gelöst werden müssen. Im Fokus steht hier vor allen Dingen der grüne Wasserstoff, welcher in der Elektrolyse unter Zuhilfenahme überschüssiger Solar- oder Windenergie aus Wasser gewonnen wird. Der eingesetzte Strom für diesen Prozess stammt dabei ausschließlich aus erneuerbaren Energien. Daher ist Wasserspaltung in ihre Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff CO 2 -neutral. Grüner Wasserstoff ist ein idealer Energieträger, da er verschiedene Aufgaben im Energiesystem wahrnehmen und nahezu Grüner Wasserstoff wird durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt – der Strom für diesen Prozess kommt dabei ausschließlich aus erneuerbaren Energien unbegrenzt gelagert werden kann, ähnlich wie Erdgas heute. So können z. B. saisonbedingte Energieschwankungen kompensiert werden. Ein weiterer Vorteil: Wasserstoff lässt sich leicht transportieren. So können beispielsweise vorhandene Erdgas- Pipelines, die im Zuge der Energiewende nicht mehr benötigt werden, zum Transport von Wasserstoff von den Küstenregionen ins Landesinnere benutzt werden. Die Notwendigkeit neuer Stromtrassen würde damit geringer. Aber auch zur direkten Wärmeerzeugung zum Beispiel in Gasthermen oder Brennstoffzellenheizungen eignet sich das Element. Ein Einsatzgebiet mit wachsender Bedeutung ist auch die Herstellung alternativer Kraftstoffe (E-Fuels) für Schiffe, Nutzfahrzeuge, Bahnen oder Flugzeuge. Dr. Thomas Reus, Jumo GmbH & Co. KG, Fulda 14 INDUSTRIELLE AUTOMATION 01/2021 www.industrielle-automation.net

SENSORIK UND MESSTECHNIK 01 Druckmessumformer der Midas- Serie aus Edelstahl eignen sich für den Einsatz in widrigen Umgebungen 02 Der Druckmessumformer dTrans p20 ist für anspruchsvolle SIL- oder Ex-Anwendungen konzipiert 01 02 03 03 Bis zu 40 verschiedene Sensortypen in Widerstandsthermometern und Thermoelementen hat Jumo in seinem Portfolio Mangelnde Infrastruktur für den Allrounder Wasserstoff Wasserstoff ist also ein wahrer Alleskönner. Doch mangelt es noch an der nötigen Infrastruktur, um all die ehrgeizigen Ziele realisieren zu können. Studien gehen von einem Markthochlauf der Wasserelektrolyse allein in Deutschland zwischen 50 und 80 GW im Stromnetz bis 2050 aus. Damit dieser gelingt, müssen bis Ende der 20er-Jahre bereits Zuwachsraten von etwa einem GW pro Jahr erreicht werden. Und selbst dann wird es 2050 notwendig sein, bis zu 45 Mio. t Wasserstoff jährlich nach Deutschland zu importieren. Es müssen deshalb jetzt und in Zukunft viele neue Technologien und Systeme rund um das Medium Wasserstoff entwickelt werden. Das beginnt bei Elektrolyse-Systemen und hört bei Brennstoffzellen noch lange nicht auf. Auch Technologien zum Ersatz von Erdgas-Systemen oder zur CO 2 - freien Synthese von Methan und E-Fuels werden benötigt. Temperatur und Druck als essentielle Parameter Eine Gemeinsamkeit haben alle diese Systeme: Damit sie sicher und stabil betrieben werden können, sind moderne Sensoren zur Überwachung und Messung der Größen Druck und Temperatur erforderlich. Denn Wasserstoff ist brennbar und benötigt nur eine geringe Zündenergie. Die Lagerung erfolgt flüssig oder gasförmig bei 200 bis 700 bar in Druckbehältern. Jumo verfügt seit über 70 Jahren über große Erfahrung in der Temperatur- und Druckmesstechnik und kann deshalb optimale geeignete Sensoren anbieten. Zur Druckmessung wäre das z. B. der Jumo Midas S05. Dieser Druckmessumformer ist sowohl mit Relativdruck- als auch mit Absolutdruckmessbereichen verfügbar. Durch das komplett verschweißte und dadurch dichtungslose Messsystem aus hochwertigem Edelstahl 316L kann er in nahezu allen Medien, auch unter rauen Bedingungen, eingesetzt werden. Das verwendete piezoresistive Sensorsystem ist bei allen Messbereichen überlastsicher. Messaufgaben bis 1 500 °C zuverlässig meistern Für anspruchsvolle SIL- oder Ex-Anwendungen bietet sich der Jumo dTrans p20 an. In der Ausführung mit Explosionsschutz [Exia] (eigensicher) kann der Druckmessumformer bis an Zone 0 montiert werden. Gehäuse und Sensoren sind aus hochwertigem Edelstahl gefertigt. Speziell für Messaufgaben an heißen Medien und Leitungen gibt es eine Hochtemperaturvariante, die Temperaturen bis 200 °C standhält Der Messumformer ist einstellbar und dadurch an vielfältige Messaufgaben flexibel anpassbar. Für die Bedienung über die Hart- Schnittstelle steht ein komfortables Setup- Programm als Zubehör zur Verfügung. Zur Temperaturmessung stellt Jumo ebenfalls ein breites Produktportfolio zur Verfügung. Dieses umfasst bis zu 40 verschiedene Sensortypen in Widerstandsthermometern und Thermoelementen, die zertifizierte Messeketten bis SIL 3 ermöglichen. Die Widerstandsthermometer sind für Temperaturen bis 700 °C verfügbar, die Thermoelemente bis 1 500 °C. Mit seinem Produktsortiment leistet Jumo also einen entscheidenden Beitrag auf dem Weg des ehrgeizigen Ziels der Bundesregierung. Denn nur wenn der sichere Einsatz und die Lagerung des leicht entzündlichen Wasserstoffs gewährleistet ist, kann sich das Gas als Schlüsselelement der sauberen Energie von morgen etablieren. Bilder: Aufmacher + Infokasten AA+W – stock.adobe.com, sonstige Jumo www.jumo.de Wasserstoff als Zukunftstechnologie Ob in der Industrie, im Verkehr oder im Wärmesektor: grüne Energie wird in allen Lebensbereichen benötigt, um die geplanten Klimaziele zu erreichen. Dafür müssen die Erneuerbaren auch in die Anwendungsfelder gebracht werden, die sich schwer elektrifizieren lassen. Grüner Wasserstoff ist dafür eine vielversprechende Lösung. Er wird – etwa durch Elektrolyse – klimaneutral aus erneuerbarem Strom erzeugt. Die Energie von Sonne und Wind kann so mit einem vielseitig einsetzbaren Energieträger gespeichert, transportiert und nach Bedarf eingesetzt werden – etwa in Brennstoffzellen zur Erzeugung von Strom und Wärme oder in Industrieprozessen. Wasserstoff kann hier z. B. Brennöfen der in der Glas-, Zementund Stahlindustrie beheizen. Zudem ist er für die Nutzung von Abgasen relevant: Im Projekt Carbon2Chem beispielsweise braucht es Wasserstoff, um aus Abgasen Dünger-, Kunst- und Kraftstoff-Vorläufer zu produzieren. Grüner Wasserstoff hat also das Potenzial, das klimafreundliche Erdöl von morgen zu werden. (ni) Quelle: BMBF www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 01/2021 15