Elektrolyseure sollen Massenware werden

Elektrolyzer w Haurup koło Flensburga. © H-TEC SYSTEMS GmbH

Ci, którzy chcą korzystać z wodoru jako źródła energii, potrzebują elektrolizerów. Jednak są one rzadkie i drogie, ponieważ do tej pory były głównie ręcznie produkowane. Aby mogły być w przyszłości produkowane na skalę przemysłową, zespół badawczy z Fraunhofer IPA obecnie opracowuje w pełni zautomatyzowaną fabrykę elektrolizerów.

Wodór jest obficie dostępny na Ziemi. Jednak jest bardzo reaktywny i dlatego związany w cząsteczki, na przykład w wodzie (H2O). Kto chce korzystać z tego gazowego pierwiastka jako bezemisyjnego źródła energii, musi najpierw wyodrębnić wodór z cząsteczki wody. Do tego służą tak zwane elektrolizery. Rozdzielają one wodę na jej składniki: wodór (H2) i tlen (O). Ogniwa paliwowe mogą ponownie przekształcać wodór w energię elektryczną, która napędza silniki. Albo wodór jest bezpośrednio spalany w piecach wysokotemperaturowych.

Ponieważ wodór odgrywa ważną rolę w transformacji energetycznej i transportowej, świat w niedalekiej przyszłości potrzebuje masowo nowych elektrolizerów. Jednak do tej pory są one głównie produkowane ręcznie, co zajmuje dużo czasu, jest kosztowne i podatne na błędy. Naukowcy z Instytutu Fraunhofer ds. Technologii Produkcji i Automatyzacji IPA chcą więc wraz z partnerami z nauki i przemysłu zautomatyzować produkcję elektrolizerów w pełni. »Celem jest zautomatyzowana fabryka elektrolizerów na skalę gigawata«, mówi Friedrich-Wilhelm Speckmann z Centrum Zrobotyzowanej Produkcji Akumulatorów (ZDB) przy Fraunhofer IPA. »Elektrolizery wyprodukowane w ciągu roku mają mieć łączną moc nominalną co najmniej jednego gigawata.«

Roboty mają w przyszłości przejąć układanie stosów

Elektrolizer składa się z dwóch elektrod — naładowanej dodatnio anody i naładowanej ujemnie katody — oraz separatora, w tym przypadku membrany wymiany protonów (PEM). Aby zwiększyć moc, wiele komórek elektrolitycznych jest układanych w tzw. stos. Dotychczas układanie to odbywa się głównie ręcznie, ale w przyszłości może być wykonywane przez roboty.

Jednakże, ponieważ nie tylko układanie stosów, ale cała linia produkcyjna ma być zautomatyzowana, naukowcy muszą również uwzględnić wszystkie procesy poprzedzające i następujące, aż do uruchomienia całych systemów. Zadania obejmują planowanie fabryk i produkcji, testy komponentów, aż po końcowe testy końcowe. Dodatkowo w konsorcjum opracowywane są także nowatorskie projekty stosów, które w przyszłości ułatwią i przyspieszą procesy produkcyjne.

Planowanie systemów produkcyjnych, roboty i czujniki dla fabryki elektrolizerów

Aby zrealizować zautomatyzowaną fabrykę elektrolizerów, partnerzy projektu najpierw uruchamiają linię produkcyjną zgodnie z najnowszą technologią. Następnie będzie ona stopniowo modyfikowana i rozbudowywana modułowo, aby poszczególne procesy lepiej ze sobą współgrały i przebiegały automatycznie. Naukowcy rozwiązują przy tym szereg otwartych pytań, na przykład: Jaką topologię robotów najlepiej nadaje się do układania stosów? Jak robot musi chwytać komponenty i jak szybko może się poruszać, aby nie uszkodzić wrażliwych elementów? Jakie czujniki optyczne powinny być zintegrowane z instalacją w celu zapewnienia jakości? Jakie technologie produkcyjne umożliwią skalowanie produkcji elektrolizerów? Jak powinna wyglądać i być zbudowana w pełni zautomatyzowana fabryka elektrolizerów?

Odpowiedzi na te i wiele innych pytań naukowcy chcą znaleźć do 31 marca 2025 roku. Wtedy kończy się projekt badawczy »Industrializacja produkcji PEM elektrolizerów« (PEP.IN), finansowany przez Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań (BMBF) kwotą ponad 20 milionów euro. W projekcie uczestniczą oprócz Fraunhofer IPA także Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, MAN Energy Solutions SE, H-TEC Systems GmbH, Audi AG, VAF GmbH, Centrum Technologii Ogniw Paliwowych GmbH oraz Forschungszentrum Jülich GmbH. PEP.IN jest częścią głównego projektu »H2Giga«, jednego z trzech kluczowych projektów dotyczących wodoru, które stanowią istotny wkład BMBF w realizację Narodowej Strategii Wodoru.