Weg frei für H2 Die Massenproduktion von Elektrolyseuren kann anlaufen

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Im Rahmen des Wasserstoff-Leitprojekts „H2Giga“ arbeitet man an der serienmäßigen Herstellung von Elektrolyseuren für die Wasserstoffgewinnung. Jetzt liegen gute Ergebnisse vor, so das Fraunhofer IPA ...

Wenn energieintensive Unternehmen aus der Industrie und dem Schwerlastverkehr klimaneutral werden wollen, so helfen selbst die leistungsfähigsten Batterien nicht weiter, heißt es vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) aus Stuttgart. Deshalb müssen die Betroffenen ihren Energiebedarf anderweitig decken. Dafür empfehle sich grüner Wasserstoff, der mittels grünem Strom aus Wasser gewonnen wird, was in Elektrolyseuren geschieht. Der Wasserstoff kann dann in Brennstoffzellen zu Strom umgewandelt werden oder bei der Herstellung von grünem Stahl helfen. Doch der grüne Typ des ersten Elements im Periodensystem ist leider nicht ohne Weiteres verfügbar, heißt es weiter. Hinzu kommt, dass Elektrolyseure in Deutschland noch rar sind und teuer in der Herstellung. Die Arbeiten der IPA-Forscher und deren Kollegen sollten das Problem beseitigen helfen. Im Rahmen von fünf Teilprojekten ist das IPA übrigens an dieser Aufgabe beteiligt. Die letzten gehen dieser Tage zu Ende und die Ergebnisse liegen deshalb vor. Schauen wir uns mal an, was dabei genauer herauskam ...

Elektrolyseurfertigung im Giga-Maßstab

Bisher werden Elektrolyseure noch weitgehend von Hand gefertigt. Das erklärt den Preis und die Seltenheit. Auch gelten sie bisher als relativ anfällig für Fehler. Im Teilprojekt Industrialisierung der PEM-Elektrolyse-Produktion („PEP.IN“) hat man am IPA nun aber zusammen mit Partnern aus der Industrie eine automatisierte Fertigungslinie bei Quest One im schleswig-holsteinischen Braak aufbauen können. Und dort übernehmen jetzt nämlich Roboter das sogenannte Stacking – also das Stapeln der einzelnen Komponenten eines Elektrolyseurs. Ein Elektrolyseur besteht dabei mindestens aus zwei Elektroden – der bekanntlich positiv geladenen Anode und der negativ geladenen Kathode. Hinzu kommt eine sogenannte Protonen-Austausch-Membran (PEM), die dazwischen platziert ist. Um die Leistung zu steigern, werden viele dieser Elektrolysezellen zu einem sogenannten Stack kombiniert, wie man weiter erfährt. Die Roboter, so wird betont, brauchen, um eine Komponente auf die andere zu legen, gerade mal eine Sekunde. Nicolas Mandry vom Forschungsteam Wasserstofftechnologien am Fraunhofer IPA erklärt weiter, dass die dazu nötigen Greifer selbst entwickelt wurden. Auch die Qualitätssicherung laufe jetzt übrigens automatisch ab. Dabei übernehmen Kameras und eine Bildverarbeitungssoftware die Prüfung der einzelnen Komponenten. Fehlerhafte Teile können so ausgeschleust werden, bevor sie verbaut sind. Kleine Abweichungen ließe die Software aber zu, wenn sie quasi der Meinung ist, dass die Leistungsfähigkeit des fertigen Elektrolyseurs nicht leide. Auch alle dem Stacking vor- und nachgelagerten Produktionsprozesse wurden dabei unter die Lupe genommen. So kam man schließlich zu einer Elektrolyseurfabrik im Gigawatt-Maßstab. Die dort innerhalb eines Jahres produzierten Elektrolyseure haben demnach eine aufaddierte Nominalleistung von mindestens einem Gigawatt. Das ist laut Mandry ein Vielfaches von dem, was erreicht wurde, als Elektrolyseure noch per Hand gefertigt wurden.

Es hätte noch viel besser ausgehen können ...

Doch eine automatisierte PEM-Elektrolyseur-Produktion auf diesem Niveau müsse nicht nur schnell, sondern auch effizient sein. Dabei hilft eine standortübergreifende, serviceorientierte Produktions-IT-Plattform, in der die Daten jedes einzelnen Produktionsmoduls gesammelt und in Echtzeit ausgewertet werden, wie man erfahren darf. So entsteht dann ein virtuelles Abbild der Produktion – der viel zitierte sogenannte digitale Zwilling derselben – der dabei hilft, Fehler und Optimierungspotenziale in der Produktion zu erkennen, um sie auszumerzen respektive auszunutzen. Genau das hat man am IPA im Teilprojekt Referenzfabrik für hochratenfähige Elektrolyseur-Produktion („FRHY“) jedenfalls teilweise erreichen können, wie es dazu heißt. Kurz vor Ende des Projekts sind leider noch immer nicht alle Produktionsanlagen, die auf insgesamt fünf Fraunhofer-Institute verteilt sind, fertiggestellt oder in Betrieb genommen, merkt Henry Himmelstoß vom Forschungsteam Einführungs- und Umsetzungsmethoden für IT-Lösungen am Fraunhofer IPA, an. Und auch die fertigen Anlagen seien noch nicht alle miteinander vernetzt. Lange Lieferzeiten für Maschinen und Anlagen wirbelten außerdem noch den Zeitplan durcheinander. Die Leerstellen füllen einstweilen sogenannte Emulatoren aus. Damit Softwaresysteme gemeint, die die Funktion eines Produktionsmoduls nachahmen und vergleichbare Daten produzieren. Um den bestehenden Rückstand aufholen und doch noch eine durchgängig vernetzte Modellproduktion für PEM-Elektrolyseure im Massenbereich aufbauen zu können, hofft man nun auf ein Folgeprojekt.

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