Ein industrieller Elektrolyseur erzeugt Wasserstoff durch die elektrochemische Zerlegung von Wasser. Während des Betriebs müssen Prozessdruck, Temperatur, Wasser- und Gasdurchfluss sowie die Druckverhältnisse zwischen den Prozessbereichen überwacht werden.
Eine einzelne Messgröße reicht dafür häufig nicht aus. Ein scheinbar normaler Wasserstoffdruck sagt beispielsweise wenig darüber aus, ob gleichzeitig ausreichend Kühlwasser fließt oder die zulässige Druckdifferenz zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffseite eingehalten wird.
Besonders bei dynamischem Betrieb können Lastwechsel, Temperaturänderungen und wechselnde Gasproduktionsraten mehrere Messgrößen gleichzeitig beeinflussen.
Die entscheidende Aufgabe besteht darin, Druck-, Temperatur-, Durchfluss- und Differenzdruckmessungen als zusammenhängende Messkette auszulegen.
Dabei sind die Besonderheiten von Wasserstoff ebenso zu berücksichtigen wie die Anforderungen der jeweiligen Elektrolysetechnologie. Dieser Beitrag zeigt die wichtigsten Messstellen, erklärt geeignete Messprinzipien und behandelt Auswahl, Montage, Signalverarbeitung und Prüfung.
Inhaltsverzeichnis
- Messaufgabe und Systemgrenzen
- PEM-, alkalische und Hochtemperatur-Elektrolyse
- Messstellen am Elektrolyseur planen
- Wasserstoff- und Sauerstoffdruck erfassen
- Differenzdruck zwischen den Prozessbereichen
- Stack- und Kühlmitteltemperatur überwachen
- Wasserstoff-, Wasser- und Kühlmitteldurchfluss
- Praxisbeispiel mit vier Messgrößen
- Wasserstoffbeständige Werkstoffe und Dichtungen
- Besonderheiten der Sauerstoffseite
- Relativdruck, Absolutdruck und Messspanne
- Dynamik, Lastwechsel und Reaktionszeit
- Prozessanschlüsse und Einbausituation
- Messsignale und Leitsystemintegration
- Messwertplausibilität und Diagnose
- Gasreinheit, Feuchte und Kondensat
- Kalibrierung und Funktionsprüfung
- Explosionsschutz und Sicherheitsfunktionen
- Messunsicherheit und Geräteauslegung
- Prüf- und Inbetriebnahmeablauf
- Typische Fehler und Diagnose
- Passende ICS-Produkte
- Fazit
- Häufig gestellte Fragen
1. Messaufgabe und Systemgrenzen
Bei der Planung müssen zunächst die Grenzen zwischen Elektrolyse-Stack und Nebenaggregaten, auch Balance of Plant genannt, festgelegt werden.
Zu den Nebenaggregaten gehören beispielsweise Wasserversorgung, Kühlung, Gasabscheidung, Gasaufbereitung sowie Druckregelung.
Die Auswahl der Messgeräte richtet sich danach, ob ein Wert für die Prozessregelung, Zustandsüberwachung, Bilanzierung oder eine Schutzfunktion benötigt wird.
2. PEM-, alkalische und Hochtemperatur-Elektrolyse
Bei der PEM-Elektrolyse wird eine protonenleitende Membran eingesetzt. Alkalische Elektrolyseure verwenden einen alkalischen Elektrolyten. Beide Technologien arbeiten üblicherweise bei vergleichsweise niedrigen bis mittleren Temperaturen.
Festoxid-Elektrolyseure (SOEC) benötigen dagegen wesentlich höhere Betriebstemperaturen, typischerweise etwa 700 bis 800 °C.
Die Messgeräteauswahl muss deshalb zur Technologie passen. Ein Pt100 für einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf ist nicht automatisch für die direkte Temperaturmessung in einem Hochtemperatur-Stack geeignet.
3. Messstellen am Elektrolyseur planen
Für eine systematische Auslegung werden alle relevanten Messstellen in einer Messstellenliste erfasst.
| Messgröße | Typische Messstelle | Überwachungsaufgabe |
|---|---|---|
| Druck | H₂-Ausgang, O₂-Ausgang, Gasabscheider | Betriebsdruck und Druckregelung |
| Differenzdruck | Zwischen festgelegten Druckbereichen oder über Filtern | Druckbalance beziehungsweise Druckverlust |
| Temperatur | Stack, Vor- und Rücklauf, Gasaufbereitung | Temperaturführung und Überhitzungserkennung |
| Gasdurchfluss | Wasserstoff-Ausgang, gegebenenfalls Sauerstoff-Ausgang | Produktionsüberwachung und Gasbilanz |
| Flüssigkeitsdurchfluss | Speisewasser, Elektrolyt, Kühlkreislauf | Versorgung und Wärmeabfuhr |
| Gasqualität | H₂- und O₂-Gasaufbereitung | Reinheit und unerwünschte Gasanteile |
Nicht jede Anlage benötigt alle dargestellten Messstellen in derselben Ausführung. Anzahl, Position und erforderliche Redundanz ergeben sich aus dem Prozess- und Sicherheitskonzept.
4. Wasserstoff- und Sauerstoffdruck erfassen
Der Wasserstoffdruck wird beispielsweise am Stackausgang, nach der Gasabscheidung und vor weiteren Druckregelstufen überwacht.
Die Sensoren müssen zum maximalen Betriebsdruck, zu möglichen Druckspitzen sowie zu Wasserstoff als Messmedium passen.
Auf der Sauerstoffseite gelten zusätzlich besondere Anforderungen an die Medienverträglichkeit und Sauberkeit. Die Eignung eines Drucksensors für Wasserstoff bedeutet nicht automatisch, dass dieselbe Ausführung für Sauerstoff geeignet ist.
5. Differenzdruck zwischen den Prozessbereichen
Bei bestimmten Elektrolyseurkonzepten ist der Druckunterschied zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffseite für den zulässigen Betrieb von Membran und Stack relevant.
Ein zu hoher Druckunterschied kann die vorgesehenen mechanischen Betriebsgrenzen überschreiten und unerwünschte Gasübertritte beeinflussen.
Die maximal zulässige Differenz ist ausschließlich nach den Herstellerangaben des jeweiligen Stacks festzulegen.
Eine wichtige technische Besonderheit besteht darin, dass ein Differenzdruckmessumformer bei einer ungeeigneten Konstruktion eine mögliche Verbindung zwischen zwei unterschiedlichen Gasräumen darstellen kann.
Ein gewöhnlicher Differenzdrucktransmitter darf daher nicht ohne nachgewiesene Eignung direkt zwischen H₂- und O₂-Seite angeschlossen werden.
Je nach Anlagenkonzept kommen separat gemessene Drücke mit elektronischer Differenzbildung oder eine speziell dafür ausgelegte und freigegebene Differenzdruckmessung infrage.
6. Stack- und Kühlmitteltemperatur überwachen
Temperatursensoren werden insbesondere am Stack, in Kühlmittelkreisläufen und an geeigneten Gasleitungen eingesetzt.
Bei Niedertemperaturanwendungen können Pt100- oder Pt1000-Widerstandsthermometer geeignet sein. Schutzrohr, Einbaulänge, Wärmeübergang und erforderliche Ansprechzeit müssen berücksichtigt werden.
Für Hochtemperatur-Elektrolyseure können Thermoelemente mit geeigneten Schutzrohren und entsprechend temperaturbeständigen Werkstoffen erforderlich sein.
7. Wasserstoff-, Wasser- und Kühlmitteldurchfluss
Für die Wasserstoffproduktion ist der Massendurchfluss häufig besonders aussagekräftig. Er beschreibt die erzeugte beziehungsweise transportierte Wasserstoffmasse pro Zeit.
Der Betriebsvolumenstrom hängt dagegen stark von Druck und Temperatur ab. Für seine Umrechnung in einen Normvolumenstrom müssen die verwendeten Normbedingungen bekannt sein.
Für Wasserstoffgas kommen je nach Anwendung geeignete thermische, Coriolis- oder andere dafür spezifizierte Messverfahren infrage.
In Flüssigkeitskreisläufen können dagegen Clamp-on-Ultraschallmesser oder geeignete Inline-Messgeräte eingesetzt werden. Magnetisch-induktive Durchflussmesser benötigen eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit des Mediums und sind deshalb nicht automatisch für hochreines, schwach leitfähiges Speisewasser geeignet.
8. Praxisbeispiel mit vier Messgrößen
Ein hypothetischer PEM-Elektrolyseur wird anhand von Druck, Differenzdruck, Temperatur und Durchfluss überwacht.
Alle nachfolgenden Zahlen sind frei gewählte Rechenannahmen und keine zulässigen Grenzwerte eines konkreten Elektrolyseurs.
8.1 Ausgangsdaten
- Wasserstoffdruck: 12,0 bar.
- Sauerstoffdruck: 11,8 bar.
- Beide Drucksensoren: Messbereich 0 bis 16 bar.
- Angenommene Fehlergrenze je Drucksensor: ±0,25 % vom Endwert.
- Kühlwasserdurchfluss: 3,0 m³/h.
- Kühlwassereintritt: 31 °C.
- Kühlwasseraustritt: 37 °C.
- Angenommene Wasserdichte: 997 kg/m³.
- Angenommene spezifische Wärmekapazität: 4,18 kJ/(kg·K).
- Gemessener trockener H₂-Massenstrom: 2,0 kg/h.
8.2 Druckdifferenz berechnen
Für beide Seiten wird dieselbe Druckreferenz angenommen.
Δp = pH₂ – pO₂
Δp = 12,0 – 11,8 bar
Δp = +0,2 bar = 200 mbar
Das Vorzeichen zeigt im Beispiel einen höheren Druck auf der H₂-Seite an.
8.3 Fehlergrenze der Drucksensoren
Für einen angenommenen Drucksensor mit ±0,25 % des Messbereichsendwerts gilt:
0,0025 · 16 bar = ±0,04 bar
Werden zwei solche Messwerte voneinander abgezogen, können sich die Fehler im ungünstigsten Fall addieren.
Damit ergibt sich:
±0,04 bar + ±0,04 bar = ±0,08 bar
Bezogen auf die berechnete Druckdifferenz von 0,2 bar entspricht das:
0,08 / 0,2 · 100 % = 40 %
Die Betrachtung zeigt, weshalb zwei getrennte Druckmessungen bei kleinen Differenzen und größerem Leitungsdruck nur eine begrenzte Differenzdruckgenauigkeit liefern können.
Der Wert von 40 % ist ein theoretischer ungünstigster Fehlergrenzfall und keine statistisch berechnete Messunsicherheit.
8.4 Temperaturdifferenz im Kühlkreislauf
Die Temperaturdifferenz beträgt:
ΔT = 37 – 31 °C
ΔT = 6 K
8.5 Abgeführte Wärmeleistung berechnen
Für einen vereinfachten stationären Wasserkreislauf gilt:
Q̇ = ṁ · cp · ΔT
Der Massenstrom beträgt:
ṁ = 3,0 · 997 / 3.600
ṁ ≈ 0,831 kg/s
Damit:
Q̇ = 0,831 · 4,18 · 6
Q̇ ≈ 20,8 kW
Unter den getroffenen Annahmen führt der Kühlkreislauf rechnerisch ungefähr 20,8 kW Wärme ab.
8.6 Wasserstoff- und Sauerstoffmassenstrom
Die idealisierte Gesamtreaktion der Wasserelektrolyse lautet:
2 H₂O → 2 H₂ + O₂
Aus den molaren Massen ergibt sich theoretisch ein Sauerstoffmassenstrom von ungefähr dem Achtfachen des Wasserstoffmassenstroms.
Bei 2,0 kg/h H₂ beträgt die theoretisch zugehörige Sauerstoffproduktion:
ṁO₂ ≈ 8 · 2,0 kg/h
ṁO₂ ≈ 16,0 kg/h
Dies ist eine stöchiometrische Rechnung, keine Messung des tatsächlich abgeführten Sauerstoffs. Gasfeuchte, Gasabscheidung, Bilanzgrenzen und mögliche Gasverluste müssen für eine reale Bilanz berücksichtigt werden.
8.7 Ergebnisübersicht
| Messgröße | Berechnung | Ergebnis |
|---|---|---|
| H₂-Druck | Angenommen | 12,0 bar |
| O₂-Druck | Angenommen | 11,8 bar |
| Druckdifferenz | 12,0 – 11,8 | +200 mbar |
| Fehlergrenze je Drucksensor | 16 · 0,0025 | ±40 mbar |
| Ungünstigster Differenzfehler | 40 + 40 | ±80 mbar |
| Relativer Differenzfehler | 80 / 200 · 100 | 40 % |
| Kühlwasserdurchfluss | Angenommen | 3,0 m³/h |
| Temperaturdifferenz | 37 – 31 | 6 K |
| Kühlwassermassenstrom | 3 · 997 / 3.600 | 0,831 kg/s |
| Abgeführte Wärmeleistung | 0,831 · 4,18 · 6 | ca. 20,8 kW |
| Gemessener H₂-Massenstrom | Angenommen | 2,0 kg/h |
| Theoretisch zugehöriger O₂-Massenstrom | 8 · 2,0 | ca. 16,0 kg/h |
Ergebnis: Erst die gemeinsame Betrachtung macht sichtbar, ob Druckbalance, Wärmeabfuhr und Gasproduktion zueinander passen. Die tatsächliche sicherheitstechnische Bewertung benötigt darüber hinaus die Grenzwerte und Messunsicherheiten der konkreten Anlage.
9. Wasserstoffbeständige Werkstoffe und Dichtungen
Wasserstoff kann durch ungeeignete Werkstoffe und Dichtungssysteme diffundieren. Je nach Werkstoff, Druck und Betriebsbedingungen können außerdem wasserstoffbedingte Schädigungen auftreten.
Für H₂-Druckmessstellen müssen Membranwerkstoff, Prozessanschluss, Dichtung und Schweißverbindungen deshalb ausdrücklich geeignet sein.
Die Bezeichnung Edelstahl allein stellt keinen vollständigen Wasserstoff-Verträglichkeitsnachweis dar.
10. Besonderheiten der Sauerstoffseite
Sauerstoffführende Komponenten müssen für die vorhandene Sauerstoffkonzentration, Druckstufe und Temperatur geeignet sein.
Besondere Bedeutung haben geeignete Werkstoffe sowie die Vermeidung unzulässiger Partikel- und Kohlenwasserstoffverunreinigungen.
Ein auf der H₂-Seite freigegebener Sensor darf nicht ohne entsprechende Prüfung auf der O₂-Seite eingesetzt werden.
11. Relativdruck, Absolutdruck und Messspanne
Bei der Messstellenplanung muss feststehen, ob Relativdruck, Absolutdruck oder Differenzdruck benötigt wird.
Für eine Druckdifferenzbildung müssen beide Druckwerte auf einer konsistenten Referenz beruhen.
Der Messbereich muss den normalen Betriebsdruck, zulässige Abweichungen und die erforderliche Genauigkeit umfassen. Ein unnötig großer Endwert kann die erreichbare Genauigkeit kleiner Druckdifferenzen verschlechtern.
12. Dynamik, Lastwechsel und Reaktionszeit
Elektrolyseure werden häufig nicht ausschließlich bei konstanter Leistung betrieben. Änderungen der Stromzufuhr können Gasproduktion, Druck, Temperatur und Durchfluss beeinflussen.
Die Sensoransprechzeit muss deshalb zur jeweiligen Aufgabe passen.
Für langsame Trendüberwachung und schnelle Schutzreaktionen können unterschiedliche Anforderungen an Messfrequenz, Filterung und Signalverarbeitung gelten.
13. Prozessanschlüsse und Einbausituation
Bei der mechanischen Auslegung sind Prozessgewinde, Dichtungen, Einbaulage und mögliche Kondensatansammlungen zu berücksichtigen.
Lange Druckanschlussleitungen können die dynamische Druckübertragung verändern.
Temperatursensoren benötigen einen geeigneten Wärmeübergang. Bei Durchflussmessgeräten sind Einlaufbedingungen, Rohrdimensionen, Medium und möglicher Gasanteil im Flüssigkeitsstrom zu prüfen.
14. Messsignale und Leitsystemintegration
Typische Schnittstellen sind 4–20 mA, HART, Modbus oder geeignete digitale Kommunikationssysteme.
Für jeden Messwert müssen Einheit, Skalierung, Druckreferenz und gegebenenfalls der physikalische Bezug des Volumenstroms eindeutig sein.
Messwert und Gerätestatus sollten getrennt übertragen werden, damit ein Sensorfehler nicht unbemerkt als gültiger Prozesszustand erscheint.
15. Messwertplausibilität und Diagnose
Die Kombination mehrerer Messgrößen ermöglicht zusätzliche Plausibilitätsprüfungen.
Ein steigender Stackdruck bei sinkendem Gasdurchfluss kann beispielsweise Anlass zur Untersuchung von Ventilen, Filtern und nachgeschalteten Leitungen sein.
Eine steigende Austrittstemperatur bei geringerem Kühlmitteldurchfluss kann auf unzureichende Wärmeabfuhr hinweisen.
Solche Zusammenhänge sind Diagnosehinweise und keine eindeutigen Fehlernachweise.
16. Gasreinheit, Feuchte und Kondensat
Elektrolysewasserstoff kann abhängig vom Verfahren und der Aufbereitung Feuchtigkeit enthalten.
Bei der Durchflussmessung müssen deshalb Gaszusammensetzung, Feuchtebasis und gegebenenfalls Kondensation berücksichtigt werden.
Eine korrekte Massenstrommessung ersetzt nicht die notwendige Analyse unerwünschter Gasbestandteile.
Für die Gasqualitätsüberwachung können zusätzliche Sauerstoff-, Wasserstoff- oder Feuchtemesssysteme erforderlich sein.
17. Kalibrierung und Funktionsprüfung
Die Kalibrierung muss den für die Anwendung relevanten Messbereich und die erforderliche Messunsicherheit berücksichtigen.
Bei der Differenzdruckmessung ist insbesondere das Verhalten unter vorhandenem statischem Leitungsdruck wichtig.
Bei Gasdurchflussmessern müssen Kalibriermedium, Druck, Temperatur und Gaszusammensetzung zur Anwendung passen. Eine Kalibrierung mit Luft ist nicht automatisch unmittelbar auf Wasserstoff übertragbar.
18. Explosionsschutz und Sicherheitsfunktionen
Wasserstoffanlagen benötigen ein anlagenbezogenes Explosions- und Sicherheitskonzept.
Für Elektrolyseure ist unter anderem ISO 22734-1:2025 als aktuelle internationale Sicherheitsnorm für Wasserstofferzeuger durch Wasserelektrolyse relevant.
Bei explosionsgefährdeten Bereichen müssen Geräte, Anschlüsse und elektrische Installation den vorgesehenen Ex-Anforderungen entsprechen.
Eine erforderliche sicherheitsgerichtete Druck- oder Temperaturabschaltung muss als vollständige Schutzfunktion bewertet werden. Ein Sensor mit SIL-Eigenschaften allein garantiert keine entsprechend geeignete Gesamtkette.
19. Messunsicherheit und Geräteauslegung
Die erforderliche Genauigkeit sollte aus der tatsächlichen Messaufgabe abgeleitet werden.
Bei kleinen Druckdifferenzen und hohem Betriebsdruck ist insbesondere die Differenzdruckauflösung unter statischem Druck entscheidend.
Bei Temperaturdifferenzen sind außerdem die Genauigkeit beider Fühler und ihre Vergleichbarkeit wichtig.
Für eine Wärmebilanz müssen zusätzlich die Unsicherheiten von Durchfluss, Dichte und Wärmekapazität berücksichtigt werden.
20. Prüf- und Inbetriebnahmeablauf
Für eine strukturierte Auswahl und Inbetriebnahme empfiehlt sich folgender Ablauf:
- Elektrolysetechnologie und Prozessgrenzen festlegen.
- Messstellenliste und Funktionsanforderungen erstellen.
- Messbereich, Druckreferenz und Genauigkeit bestimmen.
- Medienverträglichkeit und Werkstoffe prüfen.
- Prozessanschlüsse, Schutzrohre und Dichtungen auswählen.
- Gas- und Flüssigkeitsdurchflussmessung getrennt auslegen.
- Differenzdruckkonzept und zulässige Anschlüsse prüfen.
- Signalübertragung und Diagnose konfigurieren.
- Dichtheit, Messwerte und Funktionsreaktionen prüfen.
- Messstellen und Kalibrierinformationen dokumentieren.
21. Typische Fehler und Diagnose
Typische Fehler entstehen durch ungeeignete Messbereiche, falsch gewählte Materialien, Kondensat, Druckanschlussprobleme oder eine fehlerhafte Skalierung.
Bei Differenzdruckmessungen können zwei einzelne Drucksensoren trotz plausibler Druckanzeigen eine unzureichend genaue Differenz liefern.
Bei Durchflussmessungen sind außerdem Gaszusammensetzung, Einbaubedingungen und Druck- beziehungsweise Temperaturkompensation zu kontrollieren.
Eine systematische Diagnose sollte daher nicht nur den einzelnen Sensor, sondern die gesamte Messkette betrachten.
22. Passende ICS-Produkte
ICS Schneider Messtechnik bietet verschiedene Messgeräte für Wasserstoffanwendungen und industrielle Elektrolyseanlagen.
| Produkt | Messaufgabe | Wichtige Besonderheit |
|---|---|---|
| Druck UNIK 5000H | H₂-Prozessdruck | Wasserstoffoptimierte Ausführung, unterschiedliche Signaloptionen |
| IMP 336 | H₂- und geeignete technische Gasdruckmessung | Verschweißte Konstruktion, spezielle medienberührte Werkstoffe |
| WIKA TR10-B | Prozess- und Kühlmitteltemperatur | Pt100/Pt1000, Einbau in geeignetes Schutzrohr |
| IVA 570 | H₂-Gasdurchfluss | Geeignete Ausführungen für Wasserstoff mit ATEX-Zulassung |
| Siemens SITRANS FS220 | Flüssigkeitsdurchfluss | Clamp-on-Ultraschallmessung ohne Medienkontakt |
| Siemens SITRANS P320 | Druck und Differenzdruck | HART, Diagnose, verschiedene Messzellen und Werkstoffe |
| IDPT200 | Differenzdruck, beispielsweise über geeignete Filter | HART und Ausführungen für erhöhten statischen Druck |
22.1 Druck UNIK 5000H
Der Druck UNIK 5000H ist für Wasserstoffanwendungen optimiert. Er bietet Messbereiche ab 700 mbar und ist in geeigneten Druckreferenz- und Ausgangsvarianten verfügbar.
Besonders relevant sind seine wasserstoffkompatiblen medienberührten Werkstoffe und sein schnelles dynamisches Verhalten.
Druck UNIK 5000H – Produktinformationen
22.2 IMP 336
Der IMP 336 besitzt eine verschweißte Messzelle und medienberührte Komponenten aus speziellen Edelstahlwerkstoffen. Für geeignete Anwendungen stehen Messbereiche von 16 bis 1.000 bar zur Verfügung.
Auch besondere Ausführungen für Sauerstoffanwendungen sind erhältlich. Die Gasart muss bereits bei der Bestellung berücksichtigt werden.
IMP 336 – Produktinformationen
22.3 WIKA TR10-B
Das WIKA TR10-B ist ein Widerstandsthermometer mit Pt100- oder Pt1000-Messeinsatz für den Einbau in geeignete Schutzrohre.
Für einen Elektrolyseur müssen insbesondere Schutzrohrwerkstoff, Einbaulänge, Druckbeständigkeit und Medienverträglichkeit passend gewählt werden.
WIKA TR10-B – Produktinformationen
22.4 IVA 570
Das IVA 570 ist ein thermisches Durchflussmessgerät mit integrierter Messstrecke. Im ICS-Sortiment sind geeignete Anwendungen für brennbare Gase einschließlich Wasserstoff mit entsprechender ATEX-Ausführung beschrieben.
Für Elektrolysewasserstoff müssen Gaszusammensetzung, Feuchte und die erforderliche Messkalibrierung berücksichtigt werden.
IVA 570 – Produktinformationen
22.5 Siemens SITRANS FS220
Das SITRANS FS220 ist ein Clamp-on-Ultraschall-Durchflussmesser zur Messung von Flüssigkeitsströmen ohne direkten Medienkontakt.
Es kann für geeignete Kühlwasser- beziehungsweise Flüssigkeitskreisläufe interessant sein. Die Eignung für das konkrete Rohr, Medium und Strömungsverhalten muss geprüft werden.
Siemens SITRANS FS220 – Produktinformationen
22.6 Siemens SITRANS P320 und IDPT200
Der Siemens SITRANS P320 bietet unter anderem Differenzdruckmessung, HART-Kommunikation und umfangreiche Diagnosefunktionen. Auch der IDPT200 ist für industrielle Differenzdruckaufgaben verfügbar.
Für Wasserstoffanwendungen und insbesondere für Druckdifferenzen zwischen H₂- und O₂-Prozessräumen ist eine gesonderte Prüfung der medienberührten Werkstoffe und der vollständigen Trenn- beziehungsweise Anschlusskonstruktion notwendig.
SITRANS P320 – Produktinformationen
Differenzdrucktransmitter bei ICS Schneider Messtechnik
23. Fazit
Die Auswahl geeigneter Messgeräte für Elektrolyseure erfordert eine gemeinsame Betrachtung der wichtigsten Prozessgrößen.
Wasserstoff- und Sauerstoffdruck, Differenzdruck, Stacktemperatur sowie Gas- und Flüssigkeitsdurchfluss erfüllen unterschiedliche Aufgaben, müssen aber für eine aussagekräftige Prozessüberwachung zusammenpassen.
Besonders wichtig sind die Medienverträglichkeit, die Messgenauigkeit bei kleinen Differenzen, die dynamische Reaktion sowie eine geeignete Diagnose und Dokumentation.
Eine zuverlässige Elektrolyseurüberwachung entsteht nicht durch die Auswahl einzelner möglichst genauer Sensoren, sondern durch eine abgestimmte Messstellenplanung unter Berücksichtigung der tatsächlichen Prozess- und Sicherheitsanforderungen.
24. Häufig gestellte Fragen
24.1 Welche Messgeräte benötigt ein Elektrolyseur?
Typischerweise werden Druck-, Temperatur- und Durchflussmessgeräte benötigt. Je nach Technologie kommen Differenzdruck-, Gasqualitäts- und weitere Überwachungssysteme hinzu.
24.2 Warum müssen H₂- und O₂-Druck getrennt gemessen werden?
Beide Prozessseiten besitzen unterschiedliche Medien- und Sicherheitsanforderungen. Zudem kann ihr Druckverhältnis für den Stackbetrieb relevant sein.
24.3 Was ist der Differenzdruck am Elektrolyseur?
Er beschreibt beispielsweise die Druckdifferenz zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffseite oder den Druckverlust über einem Filter.
24.4 Warum ist der Differenzdruck wichtig?
Er kann für die mechanischen Betriebsgrenzen bestimmter Stackkonstruktionen und die Überwachung von Filter- oder Strömungswiderständen relevant sein.
24.5 Kann man zwei Drucksensoren für eine Differenzdruckmessung verwenden?
Ja, sofern das Mess- und Sicherheitskonzept dies vorsieht. Bei kleinen Differenzen können sich die Fehler beider Drucksensoren jedoch stark auf das Ergebnis auswirken.
24.6 Darf ein Differenzdrucktransmitter direkt zwischen H₂ und O₂ angeschlossen werden?
Nur wenn die konkrete Konstruktion und die Anwendung dafür ausdrücklich geeignet und freigegeben sind. Die Möglichkeit einer unzulässigen Verbindung beider Gasräume muss berücksichtigt werden.
24.7 Welche Drucksensoren eignen sich für Wasserstoff?
Beispielsweise stehen bei ICS der wasserstoffoptimierte Druck UNIK 5000H und der IMP 336 für geeignete Wasserstoffanwendungen zur Verfügung.
24.8 Kann man einen normalen Edelstahldrucksensor einsetzen?
Nicht ohne Eignungsprüfung. Werkstoff, Membran, Dichtung, Druckbereich und Wasserstoffverträglichkeit müssen passen.
24.9 Welche Temperatursensoren verwendet man?
Für viele Niedertemperaturanwendungen eignen sich Pt100/Pt1000. Hochtemperatur-Elektrolyseure können spezielle Thermoelemente benötigen.
24.10 Was ist der Unterschied zwischen H₂-Massenstrom und Volumenstrom?
Der Massenstrom beschreibt die transportierte Masse pro Zeit. Der Betriebsvolumenstrom hängt zusätzlich von Druck und Temperatur ab.
24.11 Eignet sich ein thermischer Durchflussmesser für Wasserstoff?
Ja, wenn die Geräteausführung, Gaskalibrierung und Betriebsbedingungen dafür geeignet sind.
24.12 Kann der SITRANS FS220 Wasserstoffgas messen?
Das hier beschriebene FS220-System ist für Flüssigkeitsmessungen vorgesehen. Für Wasserstoffgas muss ein dafür geeignetes Messsystem ausgewählt werden.
24.13 Welche Messgeräte eignen sich für Kühlwasser?
Geeignete Clamp-on-Ultraschall- oder Inline-Durchflussmesser können eingesetzt werden. Entscheidend sind Rohr, Medium, Temperatur und Strömungsbedingungen.
24.14 Warum ist die Temperaturdifferenz im Kühlkreislauf wichtig?
Zusammen mit dem Kühlmittelmassenstrom und der Wärmekapazität lässt sich die abgeführte Wärmeleistung abschätzen.
24.15 Muss ein Durchflussmesser mit Wasserstoff kalibriert werden?
Die Kalibrierung beziehungsweise Medienkorrektur muss für die vorgesehene H₂-Anwendung gültig sein. Eine allgemeine Luftkalibrierung ist nicht automatisch ausreichend.
24.16 Welche Norm ist für Elektrolyseure relevant?
ISO 22734-1:2025 behandelt Sicherheitsanforderungen an Wasserstofferzeuger auf Grundlage der Wasserelektrolyse. Weitere Anforderungen ergeben sich aus Anlage und Einsatzbedingungen.
24.17 Reicht ein Sensor mit SIL-Eignung für eine Sicherheitsfunktion?
Nein. Die gesamte Sicherheitsfunktion einschließlich Auswertung und Abschaltelement muss entsprechend ausgelegt und bewertet werden.
24.18 Welche Angaben benötigt ICS für ein Angebot?
Benötigt werden Elektrolysetechnologie, Messmedium, Druck- und Temperaturbereiche, Durchflusswerte, Differenzdruckanforderungen, Werkstoffe, Prozessanschlüsse, Signale und erforderliche Zulassungen.