Explosionsgefahr: Glasfaser-Sensor warnt rechtzeitig vor austretendem Wasserstoff

Reisen mit dem Zeppelin stellten in den 1930er Jahren die schnellste Möglichkeit dar, auf andere Kontinente zu gelangen. Im Jahr 1937 kam es allerdings zur sogenannten Hindenburg-Katastrophe, bei der das gleichnamige Luftschiff in Flammen aufging. Das Unglück brannte sich nicht zuletzt aufgrund der emotionalen Radioübertragung ins Gedächtnis der Bevölkerung ein. Es war das Ende der kommerziellen Passagierflüge mit Zeppelinen. In Brand geriet das Luftschiff, weil sich die Wasserstoffmischung entzündete und das Feuer nicht kontrolliert werden konnte. Heute wird wieder mit dem Einsatz von Zeppelinen experimentiert – allerdings vor allem für den Transport von Waren. Die Geschichte der Hindenburg gewinnt aber auch aus einem anderen Grund wieder an Bedeutung: Denn Wasserstoff hat viele positive Eigenschaften und besitzt das Potenzial, klimaschädliches Erdgas in vielen Bereichen zu ersetzen. Unkontrolliert austretender Wasserstoff kann allerdings auch zur Gefahr werden. Sobald die Wasserstoff-Konzentration in der Luft auf mehr als vier Prozent steigt, kann bereits ein Funke schwere Explosionen verursachen.

Die Glasfaser-Sensoren wurden bereits bei Wasserstoff-LKW getestet

Im Umgang mit dem Gas ist also durchaus Vorsicht geboten. Eine gewisse Sicherheit können Sensoren bieten, die Alarm schlagen, sobald irgendwo Wasserstoff austritt. Bisher bringen diese aber ein Problem mit sich: Die gängigen Produkte benötigen eine Stromversorgung. Unter Umständen kann es so passieren, dass der Sensor selbst den Funken verursacht, der zur Explosion führt. Forscher in Franken haben daher einen Pulversensor entwickelt, der autark operiert und Wasserstoff erkennt. Eine noch einmal andere Lösung haben nun Forscher des Fraunhofer Instituts präsentiert: Sie setzen auf Glasfaser-Sensoren. Diese haben den Vorteil, dass sie nicht aufwändig verkabelt werden müssen. Außerdem lassen sie sich aufgrund der geringen Größe relativ problemlos in verschiedene Anwendungen integrieren. Getestet wurden die Sensoren beispielsweise schon bei mit einer Brennstoffzelle betriebenen Lastwagen. Weitere Anwendungsfälle wollen die Forscher nun zeitnah erproben und so einen Beitrag zu einem sicheren Umbau hin zu einer Wasserstoff-Wirtschaft leisten.

Palladium und Wasserstoff sorgen für die entscheidende Reaktion

Wie aber funktioniert der neu entwickelte Sensor? Zunächst behandeln die Forscher die Glasfasern mit einem Laser. Auf diese Weise werden feine Strukturen in den Kern gebrannt. Fachleute sprechen von Faser-Bragg-Gittern. Anschließend wird die Glasfaser mit einer Schicht Palladium überzogen. Dieses Übergangsmetall hat die Eigenschaft, Wasserstoff wie eine Art Schwamm aufzusaugen. Treffen Wasserstoff und Palladium aufeinander, zerfällt das Gas und Wasserstoff-Atome dringen in das Palladium-Gerüst ein. Dadurch dehnt sich die Glasfaser – was sich mithilfe des Faser-Bragg-Gitters messen lässt. Der Trick funktioniert zudem auch umgekehrt: Wenn das Gas wieder entweicht, weil die Konzentration in der Luft sinkt, zieht sich auch die Glasfaser wieder zusammen. Es kann dann also Entwarnung gegeben werden. Die Forscher betonen zudem, dass andere Stoffe wie Sauerstoff oder Stickstoff die Messung nicht beeinflussen.

Via: Fraunhofer Institut