Per Inkjet zur Brennstoffzelle
Gute Fortschritte bei der Entwicklung einer industriellen Plattform für die Produktion von Wasserstoff-Brennstoffzellen und Elektrolyseuren meldet das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (Fraunhofer IWU). Mit der 2022 gestarteten Referenzfabrik.H2 geht es offenbar zügig voran. Die industrielle Massenproduktion ist die Voraussetzung für die Durchsetzung von Wasserstoff im Mobilitäts- und Energiesektor.
Die Grundlage der industriellen Umsetzung bisheriger Forschungsergebnisse ist die Entwicklung eines Technologie-Baukastens – das zentrale Element der Referenzfabrik. Er erlaubt die Realisierung unterschiedlicher Verfahrensvarianten im industriellen Maßstab. Dabei spielt insbesondere ein neu entwickelter Stack eine Rolle. Das aus dem Design-Baukasten abgeleitete Verfahren macht ein neuartiges Zelldesign möglich, das die Massenproduktion unterstützt.
Industrielle Strategie vermeidet Wettbewerbsverluste
Die Fehler der Vergangenheit, wie beispielsweise das Zulassen der Vormachtstellung Amerikas bei der deutschen Erfindung Computer, sollen in der Wasserstoffwirtschaft offenbar vermieden werden. Die Fraunhofer-Initiative soll die Bundesrepublik zu einer führenden Kraft im Bereich der klimaneutralen Energiequelle Wasserstoff machen.
Das wird allerdings nur geschehen, wenn es hierzulande gelingt, die Forschungs- und Entwicklungsergebnisse unterschiedlicher Quellen zeitnah auf eine kommerzielle Basis zu stellen. In diese Richtung ist die Referenzfabrik gepolt: So sind darin die Forschungsergebnisse dreier Fraunhofer-Institute aus dem vom Bildungs- und Forschungsministerium geförderten Wasserstoffleitprojekt H2GIGA integriert.
Hochfrequenzproduktion als Leitstrategie
Einer der Schwerpunkte in der Referenzfabrik ist die Entwicklung von Produktionsprozessen für hohe Stückzahlen in kurzer Zeit bei wichtigen Komponenten von Brennstoffzellen. So erfolgt die Herstellung von Bipolarplatten über eine eigens dafür entwickelte Walzentechnologie, die die Struktur direkt auf die Platten überträgt. Diese Form der Zusammenfassung mehrerer Prozessschritte wirkt sich spürbar auf die Produktionsgeschwindigkeit und damit auf die Stückzahlen aus. Das Ergebnis ist eine deutliche Kostensenkung.
Besonders markant sind die Fortschritte bei der industriellen Fertigung von Membranen für Brennstoffzellen und Elektrolyseure. Hier kommt für die Beschichtung ein erweitertes Inkjet-Druckverfahren zum Einsatz. Es erlaubt die exakte Portionierung und Positionierung der Iridium-Partikel unter industriellen Bedingungen. Das Ergebnis: der Qualitätsstandard manueller Verfahren bei der Hochfrequenzproduktion.
Skalierbarkeit bei den Produkteigenschaften
Ein wesentliches Kriterium für die wettbewerbsfähige Produktion von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren ist die flexible und schnelle Anpassbarkeit der Produktionsprozesse an die verschiedenen Produktklassen. So müssen beispielsweise Brennstoffzellen je nach Einsatzgebiet unterschiedliche Werte bei Robustheit und Langlebigkeit aufweisen. In der industriellen Fertigung müssen sich die Produktionsabläufe exakt und rasch umstellen lassen, um die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses zu erhalten.
Von Bedeutung ist auch die wirtschaftliche Herstellung und Erprobung von Prototypen. Ohne sie ist eine aussagekräftige Beurteilung der Skalierbarkeit nicht möglich. Um hier die nötige Flexibilität vorzuhalten, lassen die Maschinenkonzepte in der Referenzfabrik auch die Produktion kleinerer Stückzahlen zu. Die Idee dahinter: Auf den selben Anlagen lassen sich sowohl Großserien als auch Kleinserien produzieren.
Kooperation von Forschung und Industrie nach amerikanischem Vorbild
Die Referenzfabrik versteht sich als Wertschöpfungsgemeinschaft aus Industrie und Wissenschaft. Seit Jahresbeginn können interessierte Firmen Teil davon werden. 20 Unternehmen sind bereits an Bord und bringen ihre jeweiligen Kernkompetenzen ein. Das Projekt steht weiterhin kooperationswilligen Unternehmen offen, die sich auf einer von drei Beteiligungsstufen anschließen können:
Auf Stufe eins erhalten Interessenten allgemeines Know-how durch Workshops und Studien. Stufe zwei umfasst Unterstützung bei der eigenen Technologieentwicklung. In der dritten Stufe sind die Bereitstellung von Materialien und die Produktion von Prototypen enthalten. Zugelassen sind Unternehmen aller Branchen und Größen. Die erzielten Ergebnisse stehen allen Akteuren in der Wasserstoffwirtschaft zur Verfügung.