Elektrolyzéry by měly být masovým zbožím

Elektrolyzér v Haurup u Flensburgu. © H-TEC SYSTEMS GmbH

Ti, kteří chtějí využívat vodík jako zdroj energie, potřebují elektrolyzéry. Ty jsou však vzácné a drahé, protože dosud jsou převážně vyráběny ručně. Aby mohly být v budoucnu vyráběny ve velkém průmyslovém měřítku, vyvíjí tým výzkumníků z Fraunhofer IPA současně plně automatizovanou továrnu na elektrolyzéry.

Voda je na Zemi hojně dostupná. Nicméně je velmi reaktivní a je proto vázána v molekulách, například ve vodě (H2O). Kdo chce využívat plynný prvek jako bezemisní zdroj energie, musí nejprve vodík oddělit od molekuly vody. K tomu slouží takzvané elektrolyzéry. Rozdělují vodu na její složky vodík (H2) a kyslík (O). Palivové články mohou vodík znovu přeměnit na elektrický proud, který pohání motory. Nebo je vodík přímo spalován v vysokých pecích.

Protože vodík hraje důležitou roli v energetické a dopravní revoluci, potřebuje svět v dohledné době masově nové elektrolyzéry. Ty však dosud jsou převážně vyráběny ručně, což je velmi časově náročné, drahé a náchylné k chybám. Výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro výrobu a automatizaci IPA proto chtějí ve spolupráci s partnery z výzkumu a průmyslu plně automatizovat výrobu elektrolyzérů. »Cílem je automatizovaná továrna na elektrolyzéry v gigawattovém měřítku«, říká Friedrich-Wilhelm Speckmann z Centra pro digitalizovanou výrobu bateriových článků (ZDB) při Fraunhofer IPA. »Elektrolyzéry vyrobené zde během jednoho roku by měly mít souhrnný jmenovitý výkon alespoň jeden gigawatt.«

Roboti by měli v budoucnu převzít stacking

Elektrolyzér se skládá ze dvou elektrod – kladně nabité anody a záporně nabité katody – a separatoru, v tomto případě protonové výměnné membrány (PEM). Pro zvýšení výkonu jsou mnohé elektrolyzérové články seskupeny do takzvaného stacku. Tento stacking je dosud převážně prováděn ručně, ale v budoucnu by jej mohli zvládnout roboti.

Protože však má být automatizována nejen samotná montáž, ale celá výrobní linka, musí výzkumníci zohlednit také všechny předchozí a následující procesy, až po uvedení celých systémů do provozu. Úkoly sahají od plánování továrny a výroby, přes testování dílů, až po konečné kontrolní stanice. Navíc je v konsorciu vyvíjeno i nové designové řešení stacku, které má zjednodušit a urychlit budoucí výrobní procesy.

Plánování výrobního systému, roboti a senzory pro továrnu na elektrolyzéry

Aby bylo možné realizovat plně automatizovanou továrnu na elektrolyzéry, nejprve partneři projektu zřídí výrobní linku podle současného stavu techniky. Ta bude poté modulárně upravována a rozšiřována, aby jednotlivé procesy lépe navazovaly a probíhaly automaticky. Při tom výzkumníci řeší řadu otevřených otázek, například: Jaká topologie robotů je nejvhodnější pro stacking? Jak musí robot uchopit díly a jakou maximální rychlostí se smí pohybovat, aby nepoškodil citlivé komponenty? Jaké optické senzory by měly být integrovány do zařízení pro zajištění kvality? Jaké výrobní technologie umožní škálování výroby elektrolyzérů? Jak by měla vypadat a být postavena plně automatizovaná továrna na elektrolyzéry?

Na odpovědi na tyto a další otázky chce výzkumný tým najít řešení do 31. března 2025. Tehdy totiž končí výzkumný projekt »Industrializace výroby PEM elektrolyzérů« (PEP.IN), který je financován německým spolkovým ministerstvem pro vzdělávání a výzkum (BMBF) částkou přes 20 milionů eur. Do společného projektu jsou zapojeny kromě Fraunhofer IPA také Fraunhoferův institut pro solární energetické systémy ISE, Fraunhoferův institut pro životní prostředí, bezpečnost a energetiku UMSICHT, společnost MAN Energy Solutions SE, společnost H-TEC Systems GmbH, automobilka Audi AG, společnost VAF GmbH, Centrum pro techniku palivových článků GmbH a Výzkumné centrum Jülich GmbH. PEP.IN je součástí hlavního projektu »H2Giga«, jednoho ze tří vodíkových klíčových projektů, které tvoří hlavní příspěvek BMBF k realizaci Národní strategie vodíku.