Von Delft nach Monaco mit Flüssigwasserstoff
Für die Saison 2025/2026 hat sich das TU Delft Hydro Motion Team das Ziel gesetzt, sein erstes mit Flüssigwasserstoff (LH₂) betriebenes Rennboot zu entwickeln und damit an der Monaco Energy Boat Challenge teilzunehmen.
Das studentische Team entwickelt Boote mit nachhaltigen Energietechnologien und stellt diese bei internationalen Wettbewerben unter realen Bedingungen auf die Probe. Nachdem das Team zuvor bereits mit gasförmigem Wasserstoff gearbeitet hatte, entschied es sich aufgrund der höheren Energiedichte für Flüssigwasserstoff. Dadurch lässt sich auf dem begrenzten Raum an Bord deutlich mehr Energie speichern.
Dieser Wechsel brachte jedoch eine neue technische Herausforderung mit sich: Flüssigwasserstoff muss bei kryogenen Temperaturen gespeichert werden.
Flüssigwasserstoff sicher transportieren
Der Flüssigwasserstofftank des Boots wird passiv gekühlt. Da im Laufe der Zeit Wärme in den Tank eindringt, verdampft ein Teil des flüssigen Wasserstoffs und bildet sogenanntes Boil-off-Gas. Dadurch steigt der Druck im Tank.
Normalerweise kann überschüssiges Boil-off-Gas in regelmäßigen Abständen kontrolliert abgelassen werden. Für das Hydro Motion Team war die Situation jedoch komplexer: Flüssigwasserstoff ist nur begrenzt verfügbar. Deshalb musste das Boot bereits mit Wasserstoff im Tank von den Niederlanden in Richtung Monaco transportiert werden. Während eines solchen Transports kann Wasserstoff jedoch nicht ohne Weiteres an beliebiger Stelle abgelassen werden.
Das Team entwickelte daher ein Boil-off-System, bei dem kontinuierlich eine geringe Menge Wasserstoff zu einer zweiten, kleineren Brennstoffzelle geleitet wird. Anstatt den Wasserstoff einfach freizusetzen, kann die Brennstoffzelle ihn in potenziell nutzbare elektrische Energie umwandeln und gleichzeitig dazu beitragen, den steigenden Tankdruck zu kontrollieren.
Die zuverlässige Drucküberwachung wurde damit zu einem wichtigen Bestandteil des Gesamtsystems.
Zwei Druckmessstellen, zwei Messbereiche
Das Team benötigte wasserstoffkompatible Druckaufnehmer, die sich problemlos in die bereits vorhandene Messinfrastruktur integrieren ließen. Bevorzugt wurde ein analoges Ausgangssignal, damit die Drucksignale einfach in die bereits für das Boot entwickelte Elektronik eingebunden werden konnten.
Zum Einsatz kamen zwei wasserstoffkompatible industrielle Druckaufnehmer der Baureihe AGS4200H.
Ein AGS4200H01.6AB mit einem Messbereich von 0–1,6 bar und einem Ausgangssignal von 4–20 mA überwacht den Eingangsdruck der kleinen Boil-off-Brennstoffzelle. Anhand dieser Messung kann das Team erkennen, wenn der Druck außerhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs liegt. Dies kann auf eine Störung hinweisen und ermöglicht es, das System bei Bedarf sicher abzuschalten.
Ein zweiter AGS4200H0025AB mit einem Messbereich von 0–25 bar und ebenfalls einem Ausgangssignal von 4–20 mA wurde am Eingang der Hauptbrennstoffzelle installiert, die das Boot mit Energie versorgt. Dort übernimmt der Sensor dieselbe Überwachungsfunktion, allerdings bei einem höheren Betriebsdruck.
Die beiden Druckaufnehmer erfüllen somit an unterschiedlichen Stellen des Wasserstoffsystems vergleichbare Aufgaben. Ihre jeweiligen Messbereiche wurden gezielt an die dort herrschenden Druckverhältnisse angepasst.
Integration in das Wasserstoffsystem
Beide Druckaufnehmer wurden mithilfe von T-Stücken und standardisierten Gewindeanschlüssen direkt in die Wasserstoffleitungen integriert.
Auf der elektrischen Seite wurden die Sensoren über wasserdichte Kabel mit abgedichteten Elektronikgehäusen verbunden. In diesen Gehäusen werden die Signale von Leiterplatten verarbeitet, die das Hydro Motion Team selbst entwickelt und aufgebaut hat.
Die 4–20-mA-Signale werden in der Software entsprechend den Sensorkennwerten in Druckwerte umgerechnet. Beim Druckaufnehmer am Eingang der Boil-off-Brennstoffzelle verglich das Team die elektronisch ermittelten Druckwerte zusätzlich mit einem mechanischen Druckanzeiger, der an derselben Leitung installiert ist.
Von Sensorsignalen zu zuverlässigen Messdaten
Während der Inbetriebnahme stellte das Team geringe lineare Abweichungen fest, die durch die eigene modulare Sensorauswerteelektronik verursacht wurden. Da diese Leiterplatten für die Verarbeitung verschiedener Sensorstandards ausgelegt sind, waren solche Abweichungen grundsätzlich zu erwarten.
Anstatt Änderungen am Druckaufnehmer vorzunehmen, passte das Team die Umrechnungsparameter in der Software so lange an, bis die elektronisch ermittelten Werte mit dem Referenzwert des mechanischen Druckanzeigers übereinstimmten.
Dieses Vorgehen verdeutlicht einen wichtigen Aspekt bei der Integration von Messsystemen: Zuverlässige Druckmessdaten hängen nicht allein von der Auswahl des richtigen Sensors ab. Entscheidend ist vielmehr das Verständnis der gesamten Messkette – vom Sensorausgang über die Elektronik bis hin zur Verarbeitung der Signale in der Software.
Technische Unterstützung von der Auswahl bis zur Lieferung
Bei der Suche nach geeigneten Komponenten für ein Flüssigwasserstoffsystem mussten verschiedene Anforderungen miteinander kombiniert werden: Wasserstoffkompatibilität, geeignete Druckmessbereiche sowie ein Ausgangssignal, das sich in die vorhandene Elektronik des Teams integrieren ließ.
Althen unterstützte das Hydro Motion Team dabei, die verfügbaren Drucksensoren und Datenblätter zu vergleichen und geeignete Druckaufnehmer für die Anforderungen des Systems auszuwählen. Nach Angaben des Teams verlief auch der anschließende Bestellprozess unkompliziert, und die Sensoren wurden innerhalb des erwarteten Zeitrahmens geliefert.
Durch die Kombination wasserstoffkompatibler Druckmesstechnik mit der selbst entwickelten Elektronik und Steuerungsarchitektur konnte das TU Delft Hydro Motion Team die Drucküberwachung an zwei entscheidenden Stellen seines anspruchsvollen Flüssigwasserstoff-Antriebssystems erfolgreich integrieren.
Projekt-Highlights
- Anwendung: Rennboot mit Flüssigwasserstoffantrieb
- Kunde: TU Delft Hydro Motion Team
- Veranstaltung: Monaco Energy Boat Challenge 2026
- Messaufgabe: Überwachung des Wasserstoffdrucks
- Sensor 1: AGS4200H01.6AB
- Druckbereich: 0–1,6 bar
- Sensor 2: AGS4200H0025AB
- Druckbereich: 0–25 bar
- Ausgangssignal: 4–20 mA
- Integration: Wasserstoffleitungen, kundenspezifische Elektronik und Software
- Beitrag von Althen: Sensorauswahl und Sponsoring
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