Fest im Blick KI-basiertes Monitoring für Wasserstoff-Druckspeicher

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Bundesanstalt für Material- forschung und -prüfung (BAM)

Vier Forschungseinrichtungen optimieren die Lagerung von Wasserstoff in Druckspeichern. Lesen Sie hier, was die Experten sich haben einfallen lassen ...

Gemeinsam mit der Universität des Saarlandes, der Goethe-Universität Frankfurt am Main und dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) entwickelt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ein vollautomatisiertes Monitoringsystem, das die kontinuierliche Überwachung von Wasserstoff-Druckspeichern während des Betriebs erlaubt. Das wegweisende Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert. Der Grund ist, dass Wasserstoff-Druckspeicher eine entscheidende Rolle bei der Lagerung des klimaschonenden Energieträgers für verschiedene Anwendungen spielen – insbesondere im Bereich der erneuerbaren Energien und der Mobilität. Um den Anforderungen an Speichern bei einem Druck bis 700 bar gerecht werden zu können, muss man die Zuverlässigkeit und Sicherheit des verwendeten Materials für den Druckspeicher im Auge behalten.

Ultraschall, Sensoren und künstliche Intelligenz

Das Projektteam nutzt, wie es weiter heißt, dazu innovative „Structural Health Monitoring“-Techniken in Verbindung mit geführten Ultraschallwellen, um die Speicher während des Betriebs kontinuierlich überwachen zu können. Die Ultraschallwellen breiten sich dabei im gesamten Bauteil aus und Sensoren registrieren jede Veränderung, die auf Risse oder Materialermüdung schließen lässt. Das neuartige Monitoringsystem soll später mit geringem Kostenaufwand an jedem Druckbehälter installiert werden können. Es liefert die gesammelten Informationen zum Speicherzustand in Echtzeit, die schließlich mit künstlicher Intelligenz (KI) ausgewertet werden. Das mache es möglich, jederzeit den Zustand des Speichers bewerten zu können.

Die BAM wird Tests an intakten sowie an vorgeschädigten Druckbehältern bei Drücken bis 700 bar durchführen, um Daten zu generieren, mit denen die KI sozusagen „trainiert“ werden kann. Für die Programmierung ist die Universität des Saarlandes zuständig. Die Goethe-Universität Frankfurt am Main liefert Algorithmen, die störende Umgebungs- und Betriebseinflüsse wie Temperatur oder Druck, die sich auf die Schallwellen auswirken, aus den Daten herausrechnen können. Das IKTS entwickelt Hardwarekomponenten und Simulationsmodelle für die Tests.

Neues Monitoring sorgt für materialeffizientere Tanks

Das Monitoringsystem soll außerdem Informationen zur erforderlichen Wandstärke der Tanks liefern. Langfristig wollen die Forscher so Sicherheitsreserven, die bisher nur durch ein Mehr an carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) erkauft werden können, durch diese elektronischen Überwachungsmethoden erreichen. Die, wie betont wird, energieintensive Fertigung des CFK-Materials wirkt sich nicht zuletzt negativ auf die CO₂-Bilanz der Speicher aus. Doch mit leichteren Tanks, die zugleich länger genutzt werden könnten, optimiere man den ökologischen Fußabdruck der auf Wasserstoff basierenden Mobilität und der Wasserstoff-Infrastruktur insgesamt.

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