Wasserstofftechnologie : Automatisierte Elektrolyseurfabrik im Gigawatt-Maßstab

Da Wasserstoff bei der Energie- und Verkehrswende eine wichtige Rolle spielt, braucht die Welt in absehbarer Zeit massenhaft neue Elektrolyseure. Doch die werden bisher noch weitgehend in Handarbeit gefertigt, was sehr viel Zeit braucht, teuer und fehleranfällig ist.

Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA wollen deshalb zusammen mit Partnern aus Forschung und Industrie die Fertigung von Elektrolyseuren durchgängig automatisieren. »Ziel ist eine automatisierte Elektrolyseurfabrik im Gigawatt-Maßstab«, sagt Friedrich-Wilhelm Speckmann vom Zentrum für digitalisierte Batteriezellenproduktion am Fraunhofer IPA. »Die hier innerhalb eines Jahres produzierten Elektrolyseure sollen also eine aufaddierte Nominalleistung von mindestens einem Gigawatt haben.«

Ein Elektrolyseur besteht aus zwei Elektroden – der positiv geladenen Anode und der negativ geladenen Kathode – und einem Separator, in diesem Fall einer Protonen-Austausch-Membran (PEM). Um die Leistung zu erhöhen, werden viele Elektrolysezellen zu einem sogenannten Stack gestapelt. Dieses Stacking geschieht bisher noch größtenteils in Handarbeit, könnte in Zukunft aber von Robotern erledigt werden.

Weil aber nicht nur das Stacking, sondern die gesamte Produktionslinie automatisiert werden soll, müssen die Forscherinnen und Forscher auch sämtliche vor- und nachgelagerte Prozesse, bis zum Einfahren der Gesamtsysteme, berücksichtigen. Dabei reichen die Aufgaben von der Fabrik- und Produktionsplanung, über die Bauteiltests bis hin zu den End-of-Line-Prüfständen. Zusätzlich werden im Konsortium auch neuartigeStackdesigns entwickelt, die zukünftige Produktionsverfahren vereinfachen und somit beschleunigen.

Um die automatisierte Elektrolyseurfabrik verwirklichen zu können, bauen die Projektpartner zunächst eine Fertigungslinie nach dem aktuellen Stand der Technik auf. Diese wird dann Stück für Stück modular angepasst und erweitert, damit die einzelnen Prozesse besser als bisher ineinandergreifen und automatisiert ablaufen. Dabei klären die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine ganze Reihe offener Fragestellungen.

Diese will das Forschungsteam bis 31. März 2025 gefunden haben. Dann nämlich läuft das Forschungsprojekt »Industrialisierung der PEM-Elektrolyse-Produktion« (PEP.IN) aus, welches das Deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung mit über 20 Millionen Euro fördert. Beteiligt sind an dem Verbundprojekt neben dem Fraunhofer IPA auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, die MAN Energy Solutions SE, die H-TEC Systems GmbH, die Audi AG, die VAF GmbH, das Zentrum für Brennstoffzellen-Technik GmbH und das Forschungszentrum Jülich GmbH.