Fraunhofer IPA toont tentoonstellingen over energie en duurzaamheid

De beschermhoes 2ndSCIN® maakt robots en andere dynamische automatiseringscomponenten klaar voor gebruik in de ultranette productie. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Aan deze demonstrator werken het Fraunhofer IPA, de Universiteit Stuttgart en de sensorfabrikant Sick aan een intelligente algoritme dat lekken in persluchtinstallaties opspoort. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Deze robotcel kan alle benodigde werkzaamheden uitvoeren die nodig zijn voor het demonteren van afgedankte batterijsystemen. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Fraunhofer IPA en Campus Schwarzwald hebben een robotcel ontwikkeld, waarin twee Delta-robots in seconden bipolarplaten en membraan-elektrodeenheden afwisselend stapelen voor brandstofcellenstapels. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

De pantser van deze schildpad toont verschillende manieren om de ruwe en poreuze oppervlakken van additief vervaardigde onderdelen te verbeteren. © Fraunhofer IFF

»Energizing a Sustainable Industry« is de slogan van de Hannover Messe van dit jaar. De onderwerpen Energie en Duurzaamheid vormen ook een uitgebreid onderzoeksfocus van het Fraunhofer IPA. Inzichten in lopende en resultaten van reeds afgeronde onderzoeksprojecten worden gepresenteerd door het instituut van 22 tot 26 april 2024 op twee beurstanden.

Tot de hoofdthema's van de beurs voert het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA talrijke onderzoeks- en overdrachtprojecten uit. Verschillende afdelingen houden zich bezig met energie-efficiëntie, waterstoftechnologie of de productie van batterijcellen. Allen stellen zich de vraag hoe het gebruik van hulpbronnen in de productie efficiënter kan worden gemaakt en verspilling kan worden vermeden. Dit omvat bijvoorbeeld de afdeling Industriële Energiesystemen met oplossingsbenaderingen voor op maat gemaakte energiesystemen. De focus ligt op het optimaliseren van energie-efficiëntie, het verminderen van CO2-uitstoot en het maximaliseren van de leveringszekerheid.

Op twee verschillende beurstanden presenteren de wetenschappers van verschillende afdelingen van 22 tot 26 april 2024 hun resultaten en geven zij inzicht in lopende onderzoeksprojecten:

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

Gelijkstroom voor de industrie

De zonnecellen op het dak en de batterijsysteem op het erf hebben één ding gemeen: ze leveren allebei gelijkstroom. Waarom dan niet meteen de hele fabriek op gelijkstroom laten draaien? Dit bespaart energie en hulpbronnen. De besparingen liggen tussen de acht en twintig procent op infrastructuur, logistieke systemen en fabricagerobots. De vaak te grote gelijkrichters van de afzonderlijke machines komen te vervallen en remenergie kan worden teruggevoerd in het gelijkstroomnet. Een onderzoeksteam onder leiding van Isabella Bianchini van de afdeling Industriële Energiesystemen van het Fraunhofer IPA heeft samen met partners uit wetenschap en industrie een systeemconcept ontwikkeld dat de invoering van gelijkstroomnetwerken in fabrieken mogelijk maakt. Inzichten in praktische toepassingen worden gedeeld op de stand van Baden-Württemberg International: Hal 12, Stand D15.

CO2-verbruik van bedrijven wordt transparant

Consistent klimaatbescherming vereist een holistische aanpak over de gehele waardeketen. In het reeds afgeronde onderzoeksproject 'Climate Solutions for Industries' (CS4I) heeft een team onder leiding van Christian Schneider van de afdeling Industriële Energiesystemen van het Fraunhofer IPA, samen met partners uit de industrie, bijvoorbeeld een app ontwikkeld waarmee de zogenaamde 'True Carbon Footprint' van een product over bedrijfsgrenzen heen kan worden vastgesteld. Want processen die voorafgaan en volgen op de productie veroorzaken in sommige gevallen tot 70 procent van de totale CO2-uitstoot. CS4I richtte zich daarom op verschillende aspecten, van de inkoop van grondstoffen tot investeringsbeslissingen en levering, zodat bedrijven duurzaamheid en economische haalbaarheid tegelijk kunnen overwegen. Als basis voor beslissingen dient een digitaal beeld van de machines en installaties. Een prototype van het open platformconcept dat CS4I heeft ontwikkeld, wordt getoond door wetenschappers op de stand van Baden-Württemberg International: Hal 12, Stand D15.

Artificial intelligence detecteert lekken in persluchtinstallaties

De duurste energie is diegene die wordt verspild: naar schatting ontsnapt gemiddeld ongeveer een derde van de perslucht die een bedrijf produceert, ongebruikt via kleine gaatjes en lekkende verbindingen. De kosten van deze verspilling lopen snel op tot tienduizenden euro per jaar. Het opsporen van lekken was tot nu toe arbeidsintensief. Maar nu hebben het Fraunhofer IPA, de Universiteit Stuttgart en de sensorfabrikant Sick een geautomatiseerde detectie ontwikkeld. Het hart van het systeem is een doorstromingssensor die continu de massastroom, druk- en temperatuurverloop registreert. Een intelligente algoritme analyseert deze kurveverlopen in realtime en herkent karakteristieke signalen die op lekken wijzen. De huidige stand van de gezamenlijke ontwikkeling wordt geïllustreerd door een demonstrator op de stand van Baden-Württemberg International: Hal 12, Stand D15.

Productie, rein en duurzaam: innovaties voor batterijcellen

Nog belangrijker dan perslucht voor de productie is de batterijcel voor de elektrische auto. Deze moet compact en zo krachtig mogelijk zijn – en vooral veilig. Dit stelt grote eisen aan de productie. Hoe die er in de toekomst uit zou kunnen zien, laten onderzoekers van het Centrum voor Gecentraliseerde Batterijproductie aan het Fraunhofer IPA zien. Hun doel is om de volledige productieketen van lithium-ionbatterijen op te bouwen en doorlopend te digitaliseren op laboratoriumschaal. Centraal staat het stabiliseren en verhogen van de productiviteit, rekening houdend met strenge economische en ecologische randvoorwaarden.

Een absoluut schone omgeving en een bijzonder lage luchtvochtigheid zijn essentieel voor de productie van batterijcellen. Met de mobiele droogreinigingskoepel DryCleanCAPE® heeft een onderzoeksteam onder leiding van Udo Gommel en Frank Bürgen een mobiel reinraamsysteem ontwikkeld. Hiermee kan snel, kosteneffectief en flexibel een schone en droge productieomgeving worden opgebouwd die vergelijkbare luchtzuiveringsklassen bereikt als hoogwaardige conventionele cleanrooms. DryCleanCAPE® bestaat uit twee verschillende behuizingen. Daarbij worden droogte, en de afwezigheid van deeltjes en chemicaliën, onafhankelijk van elkaar gerealiseerd door aparte luchtbehandelingsunits. Hoe het DryCleanCAPE® eruitziet en werkt, kunnen beursbezoekers zien op de stand in Hal 12, Stand D15.

Maar niet alleen de efficiënte productie van batterijcellen onder schone omstandigheden wordt steeds belangrijker, ook het recyclen van afgedankte batterijsystemen wint aan belang. Want als alle aankondigingen uitkomen, zouden er tegen 2030 wereldwijd bijna 50 miljoen elektrische auto’s op de weg kunnen rijden. Hun batterijen bevatten waardevolle grondstoffen zoals nikkel, kobalt, mangaan en lithium, die hergebruikt kunnen worden. In het onderzoeksproject 'Industriële demontage van batterijmodules en elektromotoren' (DeMoBat) is daarom een robotcel ontwikkeld met verschillende gereedschappen die alle benodigde demontagestappen kunnen uitvoeren en geschikt is voor veel verschillende batterijtypen. Meer over het project DeMoBat kunnen beursbezoekers ontdekken op de stand in Hal 12, Stand D15.

Industriële massaproductie van elektrolyseurs en brandstofcellen

Naast batterijen wordt ook waterstof beschouwd als een veelbelovende energiedrager die schoon en veelzijdig inzetbaar is. Vooral voor de industrie en het zwaartransport is waterstof interessant. Om momenteel nog emissie-intensieve processen te kunnen vervangen door waterstoftechnologieën, is nog veel verder onderzoek nodig langs de gehele waardeketen – van de productie van elektrolyseurs en brandstofcellen.

Zowel elektrolyseurs als brandstofcellen worden momenteel nog vaak in de zogenaamde 'manufaktur'-productie gemaakt, dat wil zeggen met veel handwerk. »Als brandstofcellen in het zwaartransport de verbrandingsmotor moeten vervangen, moeten ze in industriële massaproductie, grotendeels geautomatiseerd en kosteneffectief worden vervaardigd«, zegt Erwin Groß van de afdeling Bedrijfsstrategie en -ontwikkeling van het Fraunhofer IPA. Een onderzoeksteam van het Fraunhofer IPA en het Centrum voor Digitalisering, Leiderschap en Duurzaamheid Schwarzwald (Campus Schwarzwald) is hierin geslaagd. In het project 'H2FastCell' is een robotcel ontwikkeld waarin twee robots in seconden tijd bipolarplaten en membraan-elektrodeneenheden afwisselend stapelen voor brandstofcellen.

In een vergelijkbare robotcel zouden in de toekomst ook elektrolyseurs massaal kunnen worden geproduceerd, omdat ze ook uit meerdere lagen bestaan – twee elektroden en een protonenuitwissingsmembraan (PEM) in het midden – en worden gestapeld. In het onderzoeksproject 'Industrialiserung van de PEM-elektrolyse-productie' (PEP.IN) moet tegen voorjaar 2025 niet alleen het zogenaamde 'stacken', maar de volledige productielijn worden geautomatiseerd – inclusief alle achterliggende processen tot en met de eindcontrole. Inzichten in de onderzoeksprojecten PEP.IN en H2FastCell worden gedeeld op de stand van Baden-Württemberg International: Hal 12, Stand D15.

De volledige waterstofwaardeketen in beeld

Een stap verder gaat het onderzoeksproject 'Wandlungsfähige, energieflexibele en verbonden H2-industriële onderzoeksplatform' (WAVE-H2) van de Universiteit Stuttgart. Hier wordt een holistisch industrieel energiesysteem bekeken, met de focus op het gebruik van waterstof. Voor in totaal ongeveer 36 miljoen euro wordt in de komende jaren op de campus van de Universiteit Stuttgart en naast de campus Schwarzwald in Freudenstadt een industrieel onderzoeksplatform opgebouwd. Dit platform moet verschillende technologische opties voor de productie, distributie, opslag en het gebruik van waterstof in een verbonden industrieel energiesysteem integreren en zo een systematische ontwikkeling en test van innovatieve productietechnologieën en energiesystemen mogelijk maken. Het industriële onderzoeksplatform wordt op industriële schaal gebouwd en geëxploiteerd. Bedrijven kunnen hun processen aanpassen en testen. Meer over WAVE-H2 kunnen beursbezoekers ontdekken op de stand in Hal 12, Stand D15.

Verliesvrij lakken voor oppervlakteveredeling van additief vervaardigde onderdelen

Additieve fabricagemethoden zijn inmiddels in de industriële praktijk aangekomen. Ze bieden grote flexibiliteit en maken nieuwe producten en oplossingen mogelijk in talrijke sectoren. Echter, de oppervlakken van additief vervaardigde onderdelen vertonen bij bijna alle gangbare methoden porositeit of ruwheid, waardoor een nabewerking noodzakelijk is. Een expositie van het Fraunhofer-Verbund Produktion wijst op verschillende manieren om de oppervlakkeigenschappen van additief vervaardigde onderdelen te verbeteren. Het Fraunhofer IPA presenteert daarbij de technologie van verliesvrij lakken als een mogelijkheid voor geautomatiseerde decoratie en coating van additief vervaardigde kunststofonderdelen. Hierbij wordt de expertise uit de gebieden van additieve productie van Oliver Refle en laktechniek van Oliver Tiedje gecombineerd. Geoptimaliseerde procesvoering in de additieve productie, gecombineerd met gerichte nabewerking voor het gladmaken van het onderdeeloppervlak, vormt de basis voor de daaropvolgende laklaag zonder laknevel – met laksystemen die specifiek zijn afgestemd op de oppervlakkeigenschappen van additief vervaardigde kunststofonderdelen. Zo zijn hoogwaardige oppervlakken ook bij gepersonaliseerde onderdelen economisch haalbaar. Het expositie is te zien op de gezamenlijke stand van de Fraunhofer-Gesellschaft: Hal 2, Stand B24.

2ndSCIN® – een maatpak voor robots

»De sleuteltechnologieën van morgen komen alleen vooruit met reinheidstechniek. Ze zijn cruciaal: van de batterijproductie tot biotechnologie«, zegt Udo Gommel, hoofd van de afdeling Reinst- en Mikroproductie van het Fraunhofer IPA. Om aan deze eisen te voldoen, heeft Gommel samen met zijn team de beschermhoes 2ndSCIN® ontwikkeld. Deze maakt dynamische automatiseringscomponenten, zoals een robot, klaar voor de ultrareine productie. 2ndSCIN® bestaat uit een doorlaatbare, beweeglijke textielstof. Afhankelijk van de toepassing kunnen twee of meer lagen op elkaar liggen. De lagen worden telkens gescheiden door afstandhouders. In elke tussenruimte kan bijvoorbeeld lucht worden aangezogen of afgevoerd. Zo kunnen deeltjes worden verwijderd die uit de omgeving of van de automatiseringscomponent afkomstig zijn. De toevoer van speciale gassen in de tussenruimtes van het systeem maakt bijvoorbeeld voor life-science toepassingen sterilisation mogelijk – zowel van de ingepakte automatiseringscomponent als van de maatpak zelf. De textiellagen zijn bovendien uitgerust met sensoren die continu parameters meten zoals deeltjesconcentratie, chemische besmetting, druk of vochtigheid. KI-gebaseerde algoritmen evalueren deze sensordata en maken voorspellend onderhoud en beoordeling van de actuele reinheidsstatus mogelijk. De beschermhoes kan in ongeveer een uur worden verwisseld en na desinfectie opnieuw worden gebruikt. 2ndSCIN® is te zien op de gezamenlijke stand van de Fraunhofer-Gesellschaft: Hal 2, Stand B24.

Lezingen en discussierondes: het randprogramma van de Hannover Messe

Ook buiten de twee beurstanden zullen gasten tijdens het randprogramma van de Hannover Messe het Fraunhofer IPA ontmoeten. Zo vindt op dinsdag 23 april op de Industrial Transformation Stage in Hal 3 de hele dag het evenement 'Industrial AI' plaats. Daarbij krijgen geïnteresseerden inzicht in gezamenlijke onderzoeksprojecten rondom kunstmatige intelligentie, die het Fraunhofer IPA samen met gerenommeerde industriële partners presenteert in use cases.

Eén dag later, op woensdag 24 april, neemt Professor Thomas Bauernhansl, directeur van het Fraunhofer IPA, vanaf 10:50 uur deel aan de paneldiscussie 'Biointelligente waardeketen in machine- en installatiebouw' op de TechTransfer Conference Stage in Hal 2, Stand B02. Hij presenteert daar samen met vertegenwoordigers van de Universiteit Hohenheim, de Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) en Festo de resultaten van een nieuwe internationale benchmarkstudie over bio-intelligentie.