Los electrolizadores deberían convertirse en productos de uso masivo

Electrolizador en Haurup cerca de Flensburg. © H-TEC SYSTEMS GmbH

Quien quiera utilizar el hidrógeno como fuente de energía necesita electrolizadores. Sin embargo, son escasos y caros, porque hasta ahora todavía se fabrican en gran medida a mano. Para que puedan producirse en masa en el futuro a escala industrial, un equipo de investigación del Fraunhofer IPA está desarrollando actualmente una fábrica de electrolizadores completamente automatizada.

El hidrógeno es abundante en la Tierra. Sin embargo, es muy reactivo y, por lo tanto, está unido en moléculas, en agua (H2O), por ejemplo. Quien quiera utilizar este elemento gaseoso como fuente de energía sin emisiones, primero debe extraer el hidrógeno de la molécula de agua. Para ello existen los llamados electrolizadores. Separan el agua en sus componentes, hidrógeno (H2) y oxígeno (O). Las pilas de combustible pueden convertir el hidrógeno de nuevo en electricidad, que luego impulsa motores. O el hidrógeno se quema directamente en altos hornos.

Como el hidrógeno desempeña un papel importante en la transición energética y del transporte, el mundo necesita en un futuro cercano una gran cantidad de nuevos electrolizadores. Sin embargo, hasta ahora todavía se fabrican en gran medida a mano, lo que requiere mucho tiempo, es costoso y propenso a errores. Por eso, científicos del Instituto Fraunhofer para Tecnología de Producción y Automatización IPA quieren automatizar completamente la fabricación de electrolizadores en colaboración con socios de la investigación y la industria. »El objetivo es una fábrica de electrolizadores automatizada a escala de gigavatios«, dice Friedrich-Wilhelm Speckmann del Centro para la Producción Digitalizada de Celdas de Batería (ZDB) en el Fraunhofer IPA. »Los electrolizadores producidos aquí en un año deben tener una potencia nominal acumulada de al menos un gigavatio.«

Los robots asumirán en el futuro el apilamiento

Un electrolizador consta de dos electrodos: el ánodo cargado positivamente y el cátodo cargado negativamente, y un separador, en este caso, una membrana de intercambio de protones (PEM). Para aumentar la potencia, muchas celdas de electrodo se apilan en lo que se llama un stack. Este apilamiento todavía se realiza en su mayoría a mano, pero en el futuro podría ser realizado por robots.

Pero, dado que no solo el apilamiento, sino toda la línea de producción debe automatizarse, los investigadores también deben tener en cuenta todos los procesos previos y posteriores, hasta la integración de los sistemas completos. Las tareas van desde la planificación de la fábrica y la producción, hasta las pruebas de componentes y los controles de fin de línea. Además, en el consorcio también se desarrollan diseños de stacks innovadores que simplificarán y acelerarán los futuros procesos de producción.

Planificación del sistema de fabricación, robots y sensores para la fábrica de electrolizadores

Para poder realizar la fábrica de electrolizadores automatizada, los socios del proyecto primero construirán una línea de producción según el estado actual de la técnica. Luego, esta línea se ajustará y ampliará de forma modular pieza por pieza, para que los procesos individuales se integren mejor y funcionen de manera automatizada. Los científicos resolverán una serie de cuestiones abiertas, como: ¿Qué topología de robot es la más adecuada para el apilamiento? ¿Cómo debe agarrar un robot las piezas y qué velocidad máxima puede tener para no dañar los componentes sensibles? ¿Qué sensores ópticos deben integrarse en la planta para garantizar la calidad? ¿Qué tecnologías de fabricación permiten escalar la producción de electrolizadores? ¿Cómo debe ser y estructurarse una fábrica de electrolizadores completamente automatizada?

Los investigadores esperan haber encontrado respuestas a estas y muchas otras preguntas para el 31 de marzo de 2025. En esa fecha finaliza el proyecto de investigación »Industrialización de la producción de electrolizadores PEM« (PEP.IN), que cuenta con una financiación del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) de más de 20 millones de euros. Además del Fraunhofer IPA, participan en el proyecto conjunto el Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE, el Instituto Fraunhofer para Tecnología Ambiental, de Seguridad y Energía UMSICHT, MAN Energy Solutions SE, H-TEC Systems GmbH, Audi AG, VAF GmbH, el Centro para Tecnología de Celdas de Combustible GmbH y el Centro de Investigación Jülich GmbH. PEP.IN forma parte del proyecto principal »H2Giga«, uno de los tres proyectos principales de hidrógeno, que constituyen una contribución central del BMBF para la implementación de la Estrategia Nacional de Hidrógeno.