Wasserstoff gilt als Schlüsseltechnologie der Energiewende – sowohl als Brennstoff als auch als Speicher für erneuerbare Energie. Ein großer Vorteil: Er könnte über bestehende Gasinfrastrukturen transportiert werden. Dabei muss sichergestellt sein, dass Rohrleitungen, die ursprünglich für Methan ausgelegt wurden, auch für Wasserstoff geeignet sind. Genau hier liegt die Herausforderung: Das heutige Methan-Verteilernetz weist bereits Leckagen auf – ein Sicherheits- und Klimaproblem, weil sowohl Wasserstoff als auch Methan leicht entweichen und sich rasch ausbreiten können. Neue EU-Vorgaben verpflichten Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette, Emissionen unter 100 ppm zu erkennen. Für Methan gibt es dafür bereits kommerzielle Sensoren – Wasserstoff in so geringen Konzentrationen zuverlässig zu detektieren, ist deutlich schwieriger. 

Expertisen zusammenlegen 

Das internationale Unternehmen SENSIT Technologies, das seit 1980 Gassensoren entwickelt und produziert, die Freie Universität Bozen, Eurac Research und die Bruno-Kessler-Stiftung erkannten in der Initiative Fusion Grant die Chance, sich zu diesem komplexen Thema zusammenzutun und ihre Expertisen zu bündeln. Dafür holten sie sich den Nachwuchsforscher Marco Magoniins Boot, der sich ein Jahr lang dem Projekt SENSE widmet. Das gemeinsame Ziel: ein fortschrittliches Überwachungssystem zur nachhaltigen Reduzierung von Emissionen entwickeln. Für das Projekt arbeitet SENSIT Technologies neben den Forschungsgruppen von Luisa Petti und Roberto Monsorno im NOIauch mit der Arbeitsgruppe von Andrea Gaiardo von der Bruno-Kessler-Stiftungzusammen. 

Kleine Werte – hohe Komplexität 

Das Projekt befasst sich hauptsächlich mit der Messung von Wasserstoff, was insbesondere in den von der EU geforderten sehr geringen Konzentrationen ein äußerst schwieriges Unterfangen ist. Derzeit gibt es nur wenige Sensoren, die dazu in der Lage sind. Das Problem: Die Materialien bisheriger Sensoren reagieren im Grunde mit allen Gasen – sie differenzieren zu können, sei grundlegend, so unibz-Professorin Luisa Petti, wissenschaftliche Koordinatorin des Projekts. „Wenn ein Wasserstoff-Methan-Gemisch vorliegt, sind die Sensoren nicht in der Lage, Wasserstoff von Methan zu unterscheiden. Man erkennt bei einem Leck lediglich eine generelle Änderung der Gaskonzentration“, erläutert Petti. „Der Kern des Projekts besteht daher darin, sowohl Wasserstoff als auch Methan in sehr niedrigen Konzentrationen zu messen.“ Dies soll einerseits durch den Einsatz innovativer Sensormaterialien erreicht werden, andererseits durch den Einsatz von Datenanalysetechniken. 

Große Datenmengen 

Abhilfe schafft die Impedanzspektroskopie: Dabei wird dasselbe Sensorsignal bei unterschiedlichen Frequenzen ausgewertet, wodurch charakteristische Reaktionen von Wasserstoff und Methan unterscheidbar werden. 

Neben innovativen Materialien arbeitet das System somit an einer Selektivität auf der Ebene von Datenmessung und -auswertung: Da es sich um umfangreiche Datenmengen handelt, spricht die Koordinatorin von Machine Learning: „Es geht nicht um einfache Zahlenwerte, sondern um einen komplexen mathematischen Datentyp“, erklärt Petti. „Aus den Daten müssen dann die statistisch signifikantesten Unterschiede extrahiert werden.“ Bereits erste Resultate zeigen, dass es möglich ist, Wasserstoff zu messen und ihn von Methan zu unterscheiden. Luisa Petti ist überzeugt, dass die Impedanzmessung am Ende die gewünschte Selektivität ermöglichen wird. Soll das Ganze anschließend in die Praxis implementiert werden, wird aus dem einjährigen Forschungsprojekt ein konkretes Entwicklungsprojekt, das schrittweise ausgebaut werden soll. 

SENSE ist eines von zehn Projekten der aktuellen dritten Ausgabe von Fusion Grant, einerInitiative der Stiftung Südtiroler Sparkasse, unterstützt von NOI Techpark in Kooperation mit dem Südtiroler Wirtschaftsring und Wirtschaftsnetz. Diese fördert gezielt Kooperationen zwischen Südtiroler Unternehmen und Forschungsinstituten – und eröffnet jungen Forschenden unter 40 den Einstieg in praxisnahe Projekte.