Fraunhofer IPA presenta esposizioni su energia e sostenibilit�

L'involucro protettivo 2ndSCIN® rende i robot e altri componenti di automazione dinamica pronti per la produzione ultrasonica. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

In questo dimostratore, il Fraunhofer IPA, l'Università di Stoccarda e il produttore di sensori Sick stanno testando un algoritmo intelligente che rileva perdite negli impianti di aria compressa. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Questa cella robotizzata può eseguire tutte le fasi di lavoro necessarie per lo smontaggio di sistemi di batterie obsoleti. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Fraunhofer IPA e Campus Schwarzwald hanno sviluppato una cella robotica in cui due robot Delta impilano in pochi secondi piastre bipolari e unità di elettrodi a membrana alternando con stack di celle a combustibile. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Il guscio di questa tartaruga mostra diverse possibilità di miglioramento delle superfici ruvide e porose di componenti prodotti additivamente. © Fraunhofer IFF

«Energizzare un settore sostenibile» è lo slogan della Hannover Messe di quest'anno. I temi energia e sostenibilità sono anche un ampio focus di ricerca del Fraunhofer IPA. Dal 22 al 26 aprile 2024, l'istituto presenterà approfondimenti sui progetti di ricerca in corso e sui risultati di progetti già conclusi presso due stand fieristici.

Tra i temi principali della fiera, il Fraunhofer Institute for Production Technology and Automation IPA realizza numerosi progetti di ricerca e trasferimento tecnologico. Diverse divisioni si occupano di efficienza energetica, tecnologia dell'idrogeno o produzione di celle batteria. Tutti condividono la domanda su come rendere più efficiente l'uso delle risorse nella produzione e come evitare gli sprechi. Tra queste, ad esempio, il dipartimento di Sistemi Energetici Industriali con soluzioni per sistemi energetici su misura. L'obiettivo principale è ottimizzare l'efficienza energetica, ridurre le emissioni di CO2 e massimizzare la sicurezza dell'approvvigionamento.

Dal 22 al 26 aprile 2024, scienziati di diversi dipartimenti presenteranno i loro risultati e offriranno approfondimenti sui progetti di ricerca in corso presso due stand:

– Baden-Württemberg International, Padiglione 12, Stand D15
– Fraunhofer-Gesellschaft, Padiglione 2, Stand B24

Corrente continua per l'industria

Le celle solari sul tetto e il sistema di accumulo di batterie nel cortile hanno un elemento comune: entrambi forniscono corrente continua. Perché non alimentare direttamente l'intera fabbrica con corrente continua? Questo permette di risparmiare energia e risorse. I risparmi riguardano infrastrutture, sistemi logistici e robot di produzione, con percentuali tra l'8 e il 20%. I raddrizzatori sovradimensionati di ciascun macchinario vengono eliminati e l'energia frenante può essere immessa nella rete di corrente continua. Un team di ricerca guidato da Isabella Bianchini del dipartimento di Sistemi Energetici Industriali del Fraunhofer IPA ha sviluppato, insieme a partner scientifici e industriali, un sistema che consente l'introduzione di reti di corrente continua nelle fabbriche. Approfondimenti su esempi pratici saranno disponibili presso lo stand di Baden-Württemberg International: Padiglione 12, Stand D15.

Trasparenza nel consumo di CO2 delle aziende

Una protezione climatica coerente richiede un approccio olistico lungo tutta la catena del valore. Nel progetto di ricerca concluso «Climate Solutions for Industries» (CS4I), un team guidato da Christian Schneider del dipartimento di Sistemi Energetici Industriali del Fraunhofer IPA, in collaborazione con partner industriali, ha sviluppato un'app che permette di calcolare l'impronta di carbonio «True Carbon Footprint» di un prodotto oltre i confini aziendali. Processi a monte e a valle della produzione possono infatti causare fino al 70% delle emissioni di CO2 complessive. CS4I ha affrontato vari aspetti, dalla fornitura delle materie prime alle decisioni di investimento, fino alla consegna, consentendo alle aziende di considerare sostenibilità e redditività contemporaneamente. La base decisionale è rappresentata da una rappresentazione digitale di macchinari e impianti. Un prototipo del concetto di piattaforma aperta, sviluppato nell'ambito di CS4I, sarà mostrato dagli scienziati nello stand di Baden-Württemberg International: Padiglione 12, Stand D15.

Intelligenza artificiale per individuare perdite in impianti di aria compressa

L'energia più costosa è quella sprecata: si stima che circa un terzo dell'aria compressa prodotta da un'azienda fuoriesca inutilizzata da minuscoli fori e connessioni difettose. I costi di questo spreco possono arrivare a decine di migliaia di euro all'anno. La ricerca di perdite finora era complessa. Ora, Fraunhofer IPA, l'Università di Stoccarda e il produttore di sensori Sick hanno sviluppato un sistema di rilevamento automatizzato. Il cuore del sistema è un sensore di flusso che monitora costantemente portata, pressione e temperatura. Un algoritmo intelligente analizza in tempo reale queste curve e riconosce segnature caratteristiche indicative di perdite. Lo stato attuale di questa collaborazione sarà illustrato da un dimostratore presso lo stand di Baden-Württemberg International: Padiglione 12, Stand D15.

Produttività, purezza e sostenibilità: innovazioni nelle celle batteria

Ancora più importante dell'aria compressa per la produzione è la cella batteria per veicoli elettrici. Deve essere compatta, potente e soprattutto sicura. Ciò richiede elevati standard di produzione. I ricercatori del Centro per la Produzione Digitalizzata di Celle Batteria del Fraunhofer IPA mostrano come potrebbe essere il futuro della produzione. L'obiettivo è costruire e digitalizzare l'intera catena di produzione di batterie agli ioni di litio in laboratorio. Si punta a stabilizzare e aumentare la produttività, rispettando rigorosi parametri economici ed ecologici.

Per la produzione di celle batteria è indispensabile un ambiente assolutamente pulito e un'umidità dell'aria molto bassa. Un team di ricerca guidato da Udo Gommel e Frank Bürgen ha sviluppato una cella di produzione mobile DryCleanCAPE®, un sistema di camere bianche portatile. Permette di creare rapidamente un ambiente di produzione pulito e asciutto, con livelli di purezza dell'aria comparabili a quelli di camere bianche di alta qualità. DryCleanCAPE® è costituito da due involucri diversi, che generano condizioni di asciuttezza e assenza di particelle e sostanze chimiche indipendenti, grazie a unità di trattamento dell'aria separate. Gli stand di questa tecnologia saranno visitabili presso lo stand di Baden-Württemberg International: Padiglione 12, Stand D15.

Oltre alla produzione efficiente di celle batteria in ambienti puri, cresce l'importanza del riciclo di sistemi di batterie esausti. Se tutte le promesse si realizzeranno, entro il 2030 ci saranno quasi 50 milioni di veicoli elettrici in circolazione nel mondo. Le loro batterie contengono materie prime preziose come nichel, cobalto, manganese e litio, riutilizzabili. Nel progetto di ricerca «Demontaggio Industriale di Moduli Batteria e Motori Elettrici» (DeMoBat), è stata sviluppata una cella robotizzata con strumenti diversi, capace di eseguire tutte le fasi di smontaggio e adatta a molti tipi di batterie. Maggiori dettagli sul progetto DeMoBat saranno disponibili presso lo stand di Baden-Württemberg International: Padiglione 12, Stand D15.

Produzione industriale di elettrolizzatori e celle a combustibile

Oltre alle batterie, l'idrogeno è considerato un vettore energetico promettente, pulito e versatile. È particolarmente interessante per l'industria e il trasporto pesante. Per sostituire i processi attualmente ad alta emissione con tecnologie a idrogeno, è necessario un ampio sforzo di ricerca lungo tutta la catena del valore, dalla produzione di elettrolizzatori e celle a combustibile.

Sia gli elettrolizzatori che le celle a combustibile sono ancora spesso prodotti in modalità artigianale, con molta lavorazione manuale. «Se le celle a combustibile devono sostituire i motori a combustione nel trasporto pesante, devono essere prodotte in massa, in modo automatizzato e a costi contenuti», afferma Erwin Groß del dipartimento di Strategia e Sviluppo Aziendale del Fraunhofer IPA. Un team di ricerca del Fraunhofer IPA e del Centro per la Digitalizzazione, la Leadership e la Sostenibilità Schwarzwald (Campus Schwarzwald) ha sviluppato una cella robotizzata, H2FastCell, in cui due robot impilano in pochi secondi le bipolarplates e le membrane elettrodiche per i stack di celle a combustibile.

In una simile cella robotizzata, in futuro, anche gli elettrolizzatori potrebbero essere prodotti in serie, poiché anch'essi sono costituiti da più strati: due elettrodi e una membrana a scambio protonico (PEM) al centro, impilati. Nel progetto di ricerca «Industrializzazione della produzione di elettrolizzatori PEM» (PEP.IN), si prevede di automatizzare non solo questa fase di stacking, ma l'intera linea di produzione, compresi tutti i processi a valle fino ai test di fine linea, entro la primavera 2025. Maggiori dettagli sui progetti PEP.IN e H2FastCell saranno disponibili presso lo stand di Baden-Württemberg International: Padiglione 12, Stand D15.

L'intera catena del valore dell'idrogeno sotto i riflettori

Un passo ancora più avanti lo fa il progetto di ricerca «Piattaforma di Ricerca Industriale Flessibile, Energeticamente Vettoriale e Connessa H2» (WAVE-H2) dell'Università di Stoccarda. Si tratta di un sistema energetico industriale completo, con focus sull'utilizzo dell'idrogeno. Nei prossimi anni, con un investimento di circa 36 milioni di euro, sarà costruita una piattaforma di ricerca industriale nel campus dell'Università di Stoccarda e nei pressi del Campus Schwarzwald a Freudenstadt. La piattaforma integrerà diverse opzioni tecnologiche per la produzione, distribuzione, stoccaggio e consumo di idrogeno in un sistema energetico industriale connesso, consentendo lo sviluppo e la sperimentazione di tecnologie innovative di produzione e energia. La piattaforma sarà realizzata e gestita su scala industriale, permettendo alle aziende di adattare e testare i propri processi. Maggiori informazioni su WAVE-H2 saranno disponibili presso lo stand di Baden-Württemberg International: Padiglione 12, Stand D15.

Finitura senza perdite con verniciatura per la valorizzazione delle superfici di componenti additivi

I processi di produzione additiva sono ormai parte integrante della realtà industriale. Offrono grande flessibilità e permettono nuove soluzioni in molti settori. Tuttavia, le superfici di componenti prodotti con metodi additivi presentano quasi sempre porosità o rugosità, rendendo necessaria una post-elaborazione. Un'esposizione del Fraunhofer-Verbund Produktion illustra diverse possibilità di miglioramento delle caratteristiche superficiali di componenti additivi. Il Fraunhofer IPA presenta la tecnologia di verniciatura senza perdite come metodo automatizzato per decorare e rivestire componenti in plastica prodotti additivamente. Questa tecnologia combina l'esperienza nei settori di produzione additiva di Oliver Refle e di verniciatura di Oliver Tiedje. La gestione ottimizzata del processo di produzione additiva, unita a una post-elaborazione mirata per levigare le superfici, costituisce la base per una verniciatura successiva senza nebbia di vernice, con sistemi di verniciatura appositamente adattati alle caratteristiche superficiali di componenti in plastica prodotti additivamente. In questo modo, superfici di alta qualità possono essere realizzate anche per componenti personalizzati. L'esposizione sarà visibile presso lo stand congiunto della Fraunhofer-Gesellschaft: Padiglione 2, Stand B24.

2ndSCIN® – un sistema su misura per robot

«Le tecnologie chiave di domani avanzano solo con tecnologie di purezza. Sono decisive: dalla produzione di batterie alla biotecnologia», afferma Udo Gommel, responsabile del dipartimento di Reinst- e Microproduzione del Fraunhofer IPA. Per soddisfare queste esigenze, Gommel e il suo team hanno sviluppato la protezione 2ndSCIN®. Rende pronti all'uso componenti di automazione dinamica, come ad esempio un robot, per la produzione ultra-pura. 2ndSCIN® è costituito da un tessuto traspirante e mobile. A seconda dell'applicazione, possono sovrapporsi due o più strati, separati da distanziatori. In ogni intercapedine può essere aspirata o immessa aria. Questo permette di rimuovere particelle provenienti dall'ambiente o dai componenti di automazione. L'immissione di gas speciali nelle intercapedini consente, ad esempio, la sterilizzazione di applicazioni nel settore Life-Science, sia della componente di automazione sigillata che della tuta stessa. Gli strati tessili sono inoltre dotati di sensori che misurano costantemente parametri come concentrazione di particelle, contaminazione chimica, pressione o umidità. Algoritmi basati su intelligenza artificiale analizzano questi dati e permettono manutenzione predittiva e valutazioni sullo stato di pulizia attuale. La protezione può essere sostituita in circa un'ora e, dopo decontaminazione, riutilizzata. 2ndSCIN® sarà visibile presso lo stand della Fraunhofer-Gesellschaft: Padiglione 2, Stand B24.

Conferenze e tavole rotonde: il programma della Hannover Messe

Oltre ai due stand, gli ospiti incontreranno il Fraunhofer IPA anche nel quadro del programma di eventi della fiera. Martedì 23 aprile, presso il palco Industrial Transformation in Padiglione 3, si svolgerà l'intera giornata «Industrial AI», con approfondimenti su progetti di ricerca congiunti sul tema dell'intelligenza artificiale, presentati dal Fraunhofer IPA insieme a importanti partner industriali.

Il giorno successivo, mercoledì 24 aprile, il professor Thomas Bauernhansl, direttore dell'istituto, parteciperà alle 10:50 alla tavola rotonda «Valorizzazione biointelligente nel settore delle macchine e impianti», presso il palco TechTransfer in Padiglione 2, Stand B02. Presenterà, insieme a rappresentanti dell'Università di Hohenheim, dell'Associazione delle Macchine e Impianti Tedesche (VDMA) e di Festo, i risultati di una nuova indagine internazionale di benchmark sul tema della biointelligenza.