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Zwei der größten Herausforderungen für die Zukunft der Energiewirtschaft sind deren Erneuerbarkeit und Nachhaltigkeit. Alle modernen Einschätzungen der globalen Energiezukunft gehen davon aus, dass der Zunahme des Energiebedarfs und der Minderung der Treibhausgasemissionen zunehmend durch einen vielfältigen Energiemix begegnet werden muss, der gleichzeitig umweltfreundlich ist [1]. Wasserstoff (H2), der bereits umfassend in vielen Industriezweigen für eine Vielzahl von Anwendungen [2] genutzt wird, bietet als Energieträger ein großes Potenzial, um den oben genannten Herausforderungen der Emissionsreduzierung, Erneuerbarkeit und Diversifizierung zu begegnen. [3]. Dazu ist einerseits der Einsatz von H2 zu verbreitern, was beispielsweise in Anwendungen wie Brennstoffzellenfahrzeugen [4] angestrebt wird, und andererseits seine Produktion aus erneuerbaren Quellen wie Wind-, Wasserund Solarkraftwerken zu intensivieren (power-to-gas) [5]. Eine Dezentralisierung der H2-basierten Energieversorgungskette wird somit den Consumerbereich in weitaus größerem Umfang betreffen, als dass heute der Fall ist und neben technischen und wirtschaftlichen Aspekten, neue Herausforderungen bei der Anwendungssicherheit mit sich bringen. Diese müssen unbedingt adressiert werden, um die Akzeptanz dieses Energieträgers in der öffentlichen Nutzung nicht zu gefährden [6]. Da H2 ein sehr leichtes, leicht entzündliches und geruchloses Gas mit einem breiten Explosionsbereich an Luft darstellt, besteht ein allseits akzeptierter Ansatz für das Risikomanagement in seiner automatisierten hochselektiven Onlinemessung in einem breiten Konzentrationsbereich bis unter <10 Vol.ppm, so dass eventuelle Leckagen frühzeitig detektiert werden können [7]. Dieser Ansatz erfordert eine komplexe Infrastruktur zur Sicherheitsüberwachung, die auf hochsensitiven, selektiven und langzeitstabilen Sensoren und Messsystemen besteht, die in flexiblen Feldinstallationen eingesetzt werden können. In [8] werden dazu verschiedene kommerzielle Sensortechnologien und Prüfverfahren zur H2Leckerkennung und Sicherheitsüberwachung beschrieben und bewertet. In [9-10] wird die Verwendung eines coulometrischen Festelektrolyt-Gassensors (FES) als GCDetektor beschrieben, der Spurenkonzentrationen von oxidierbaren Gaskomponenten (H2, CH4) in sauerstoffhaltigen Gasgemischen erfasst. Als Festelektrolyt kommt Zirconiumdioxid zum Einsatz, das mit Yttriumoxid stabilisiert wurde (YSZ). Der Sensor misst bei 600-800 0C einen Elektrolysestrom, der sich bei der Oxidation oder Reduktion von chromatographisch getrennten Gaskomponenten ergibt. Dieser Strom entsteht, indem Oxidionen an der Dreiphasengrenze (Pt/YSZ/Gasphase) der Arbeitselektrode aus einem YSZ-Sauerstoffionenleiter in die Reaktionszone übertreten. Die Arbeitselektrode ist gegenüber einer Pt-Referenzelektrode polarisiert, um einen konstant niedrigen Sauerstoffpartialdruck im Trägergas zu erzeugen [10]. Gl. 1 beschreibt die Beziehung zwischen der Konzentration (φ) des Analyten (x) und dem Detektorsignal (I) basierend auf dem Faraday’schen Gesetz:

2.1 - Entwicklung und Erprobung eines hochsensitiven und miniaturisierten Wasserstoffmesssystems