Neuartiger Wasserstoffsensor mit höchster Sensitivität und Selektivität auf Basis von Mikro-elektro-mechanischen Sensorstrukturen

Projektziele

In einer Fortführung des Projekts HyProS erforscht der Projektverbund ein neues Sensorkonzept. Hierbei soll die Volumenausdehnung von Pd bei der Wasserstoffeinlagerung als Messprinzip erprobt werden. Die Forschungsarbeiten bei HyProS zeigten bereits, dass Wasserstoffsensoren, die auf dem physikalischem Schalten von Pd- bzw. Pd-Legierungen beruhen, grundsätzlich Wasserstoffkonzentrationen zwischen 0,01 vol% und 100 vol% ohne Querempfindlichkeiten insbesondere zu Methan detektieren können. Damit eignen sich diese Sensoren insbesondere für Anwendungen, in denen Gasgemische mit mehr als zwei Gasen und wechselnden Wasserstoffkonzentrationen nahe und innerhalb der Explosionsgrenzen von Wasserstoff gegeben sind. Das neue Prinzip der MEMS-Sensoren soll innerhalb des Projektes auf TRL 5 entwickelt werden. Eine Weiterentwicklung auf TRL8 wird angestrebt.

Anwendung

Die bestehende Gasinfrastruktur stellt ein enormes Potenzial für den Transport und die Speicherung von Wasserstoff dar. Die chemische Zusammensetzung des Erdgases und damit seine Verbrennungseigenschaft werden in Zukunft größeren räumlichen und zeitlichen Schwankungen unterworfen sein. Für verschiedene Produktionsprozesse sind jedoch in hohem Maße konstante und kontrollierbare Betriebsbedingungen erforderlich, um optimale Produktqualität und energetische Effizienz bei gleichzeitig niedrigen Schadstoffemissionen zu gewährleisten. Mit den Projektergebnissen kann ein wichtiger Beitrag zur Umwidmung der Erdgasnetze als eine Form der Energietransformation und -speicherung wirtschaftlich tragfähig etabliert werden. MEMS-Sensoren können mittels der Methoden der Mikrosystemtechnik (Si-Technologie, Mikroelektronik) gefertigt werden, sodass neuartige MEMS-Wasserstoffsensoren hohe Potenziale hinsichtlich der Miniaturisierung und des Energieverbrauchs aufweisen und kostengünstiger hergestellt werden können.

Testwafer mit Drucksensor; Bildnachweis: CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik GmbH