Wasserstoff wird als Energieträger in Zukunft eine wichtige Rolle spielen und insbesondere Busse und LKW aber auch PKW antreiben. Eine der Firmen, die von diesem Trend mit Ihren Wasserstofftankstellen profitieren, ist Resato Hydrogen Technology B.V. aus Assen in den Niederlanden. Der Spezialist für Hochdrucktechnik hat in den letzten Jahren mehr als 45 dieser Anlagen produziert und in Europa in Betrieb genommen, neun davon stehen in den Niederlanden.
Zwei Druckstufen für LKW und PKW
Wasserstofftankstellen können ihren Treibstoff auf zwei Arten beziehen, entweder über einen Elektrolyseur, der mithilfe elektrischen Stroms eine chemische Reaktion herbeiführt und so Wasser in Wasserstoff sowie Sauerstoff trennt, oder über Wasserstofftankwagen, den sogenannten Tube Trailern. Der Wasserstoff aus einem Tube Trailer wird in drei Stufen auf 350bar komprimiert und heruntergekühlt. Im Anschluss wird er in Pufferspeichern zum Betanken von LKW vorgehalten oder in einer vierten Verdichtungsstufe auf 700bar verdichtet und in einem separaten Puffer gespeichert. Durch die Vorkühlung des Wasserstoffs lassen sich PKWs über die 700bar-Zapfsäulen deutlich schneller betanken. Da größerer Druck zu erhöhten Temperaturen führt, muss der Wasserstoff immer wieder heruntergekühlt werden. Unter anderem weil das System den Wasserstoff in einer Reihe von Kühl- und Kompressionsschritten auf den notwendigen Druck bringen muss, ist eine Wasserstofftankstelle viel komplexer als eine Tankstelle für kohlenstoffbasierte Kraftstoffe.
Wasserstoff erfordert Explosionsschutzkonzept
Die Komplexität der Tankstellensysteme steckt in der Steuerung. So entwickelte Resato einen patentierten Algorithmus, der abhängig von Temperatur und Druck die schnellstmögliche Betankung realisiert. Auf der I/O-Ebene stellt der explosive Wasserstoff eine besondere Herausforderung an das Automatisierungskonzept. Neben dem Explosionsschutzkonzept und Produkten mit entsprechenden Zulassungen muss das System möglichst wartungsarm sein, da kein Personal vor Ort ist, um etwaige Einstellungen vorzunehmen. Die zu verarbeitenden Signale sind hauptsächlich Temperatur- und Drucksignale sowie Schaltsignale von Stellventilen. Dazu kommen noch sicherheitsgerichtete Signale von Ventilen, Not-Aus-Tastern und anderen Sicherheitssensoren.
In der ersten Version verdrahtete Resato seine Betankungssysteme noch mit passiver I/O-Technik. Die Sensor- und Aktor-Signale wurden am Pufferspeicher auf Passivverteiler gelegt und von dort über Muliticore-Leitungen zur Steuerung geführt. Diese Lösung funktionierte zwar zuverlässig, war allerdings unflexibel, wenn das System um weitere Pufferspeicher erweitert werden sollte. „Es war elektrotechnisch sehr aufwendig, ein Aggregat zu ergänzen. Wir mussten zudem die Software komplett überarbeiteten. Also haben wir uns entschieden, das ganze System in Module zu unterteilen, so dass wir jedes Modul einzeln steuern können“, erklärt Remco Lagendijk, Electrical and Instrumentation Engineer bei Resato, den Beginn des modularen Tankstellen-Konzepts.
Modularisierung für mehr Flexibilität
Damit Pufferspeicher, Verdichter und Kühlaggregate flexibel hinzugefügt und kombiniert werden können, baute Resato die zweite Generation der Wasserstofftankstellen modular auf. Allerdings müssen dafür auf jedem Aggregat alle Signale in einer Datenleitung zusammenlaufen. Die Pufferspeicher benötigen daher eine I/O-Lösung mit Industrial Ethernet, genauer gesagt Profinet. Da Resato sich Schutzgehäuse und den mechanischen Aufwand sparen wollte, suchten die Experten nach I/O-Modulen in Schutzart IP67, die temperaturbeständig und geeignet zum Einsatz im Freien sind. Bis dahin bringt das Anforderungsprofil keinen Automatisierer ins Schwitzen. Die Module sollten allerdings gleichzeitig über eine Zulassung für Atex-Zone 2 verfügen und auch zum Anschluss von eigensicheren Signalen aus Zone 1 und 0 geeignet sein.
