Fraunhofer IPA prezentuje eksponaty dotyczące energii i zrównoważonego rozwoju

Obudowa ochronna 2ndSCIN® sprawia, że roboty i inne dynamiczne komponenty automatyzacji są gotowe do pracy w ultraczystej produkcji. © Fraunhofer IPA/zdjęcie: Rainer Bez

Na tym demonstratorze szkolą się Fraunhofer IPA, Uniwersytet w Stuttgarcie oraz producent czujników Sick, opracowując inteligentny algorytm wykrywający wycieki w instalacjach sprężonego powietrza. © Fraunhofer IPA/Zdjęcie: Rainer Bez

Ta komórka robotyczna może wykonać wszystkie niezbędne kroki pracy potrzebne do demontażu wyeksploatowanych systemów baterii. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Fraunhofer IPA i Campus Schwarzwald opracowali komórkę robotyczną, w której dwa roboty Delta w ciągu kilku sekund układają na przemian bipolarne płyty i membranowe jednostki elektrodowe w stosy ogniw paliwowych. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Pancerz tej żółwia pokazuje różne możliwości, jak można poprawić chropowate i porowate powierzchnie elementów wytwarzanych addytywnie. © Fraunhofer IFF

„Energetyzacja zrównoważonego przemysłu“ to hasło tegorocznej Hannover Messe. Tematy energia i zrównoważony rozwój są również jednym z głównych obszarów badań Fraunhofer IPA. Wgląd w trwające i już zakończone projekty badawcze prezentuje instytut od 22 do 26 kwietnia 2024 roku na dwóch stoiskach targowych.

Do głównych tematów targów Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA realizuje liczne projekty badawcze i transferowe. Kilka działów zajmuje się efektywnością energetyczną, technologią wodoru czy produkcją ogniw baterii. Wszystkie łączy pytanie, jak można uczynić zużycie zasobów w produkcji bardziej efektywnym i jak unikać marnotrawstwa. Do tego należy na przykład dział Systemów Energetycznych Przemysłowych, który opracowuje rozwiązania dla dostosowanych do potrzeb systemów energetycznych. Głównym celem jest optymalizacja efektywności energetycznej, redukcja emisji CO2 oraz maksymalizacja bezpieczeństwa dostaw.

Na dwóch różnych stoiskach naukowcy z kilku działów od 22 do 26 kwietnia 2024 roku przedstawią swoje wyniki i podadzą wgląd w trwające projekty badawcze:

– Baden-Württemberg International w hali 12, stoisko D15
– Fraunhofer-Gesellschaft w hali 2, stoisko B24

Prąd stały dla przemysłu

Ogniwa słoneczne na dachu i magazyn baterii na podwórku mają wspólne: oba dostarczają prąd stały. Dlaczego więc nie zasilić od razu całą fabrykę prądem stałym? To oszczędza energię i zasoby. Oszczędności w infrastrukturze, systemach logistycznych i robotach produkcyjnych sięgają od ośmiu do dwudziestu procent. Eliminują się często nadmiernie rozbudowane prostowniki w poszczególnych maszynach, a energia hamowania może być wprowadzana do sieci prądu stałego. Zespół badawczy pod kierownictwem Isabelli Bianchini z działu Systemów Energetycznych Przemysłowych w Fraunhofer IPA opracował koncepcję systemu umożliwiającego wdrożenie sieci prądu stałego w fabrykach. Wgląd w praktyczne przykłady zastosowań można uzyskać na stoisku Baden-Württemberg International: hala 12, stoisko D15.

Przezroczystość zużycia CO2 przez firmy

Konsekwentna ochrona klimatu wymaga całościowego podejścia w całym łańcuchu wartości. W już zakończonym projekcie badawczym „Climate Solutions for Industries” (CS4I) zespół pod kierownictwem Christiana Schneidera z działu Systemów Energetycznych Przemysłowych w Fraunhofer IPA, we współpracy z partnerami przemysłowymi, opracował na przykład aplikację, która pozwala na określenie tzw. „prawdziwego śladu węglowego” produktu ponad granicami przedsiębiorstw. Procesy poprzedzające i następujące po produkcji mogą w niektórych przypadkach odpowiadać nawet 70 procent całkowitej emisji CO2. Projekt CS4I obejmował różne aspekty – od zaopatrzenia w surowce, przez decyzje inwestycyjne, aż po dostawę – tak aby firmy mogły jednocześnie dbać o zrównoważony rozwój i opłacalność. Podstawą decyzji jest cyfrowy obraz maszyn i urządzeń. Prototyp otwartej platformy, którą wypracowano w ramach CS4I, można obejrzeć na stoisku Halle 12, D15.

Sztuczna inteligencja wykrywa wycieki w instalacjach sprężonego powietrza

Najdroższą energią jest ta, która jest marnowana: szacuje się, że średnio około jedna trzecia sprężonego powietrza wyprodukowanego przez firmę ucieka nieużywana przez drobne dziurki i nieszczelne połączenia. Koszty tej marnotrawstwa mogą szybko sięgać dziesiątek tysięcy euro rocznie. Poszukiwanie wycieków było do tej pory czasochłonne. Teraz Fraunhofer IPA, Uniwersytet Stuttgartu i producent czujników Sick opracowali zautomatyzowaną detekcję. Serce systemu stanowi czujnik przepływu, który na bieżąco rejestruje przepływ masy, ciśnienie i temperaturę. Inteligentny algorytm analizuje te przebiegi w czasie rzeczywistym i wykrywa charakterystyczne sygnatury wskazujące na wycieki. Aktualny stan prac rozwojowych można zobaczyć na demonstratorze na stoisku Baden-Württemberg International: hala 12, D15.

Produktywne, czyste i zrównoważone: innowacje w produkcji ogniw baterii

Jeszcze ważniejsza od sprężonego powietrza dla produkcji jest ogniwo baterii do samochodu elektrycznego. Powinno być kompaktowe, jak najbardziej wydajne i przede wszystkim bezpieczne. To stawia wysokie wymagania wobec produkcji. Jak może wyglądać w przyszłości, pokazują naukowcy z Centrum Digitalizacji Produkcji Baterii w Fraunhofer IPA. Ich celem jest zbudowanie i cyfrowa pełna automatyzacja całego łańcucha produkcji litowo-jonowych baterii w laboratorium. Priorytetem jest stabilizacja i zwiększenie wydajności przy uwzględnieniu surowych warunków ekonomicznych i ekologicznych.

Do produkcji baterii konieczne jest absolutnie czyste środowisko i bardzo niska wilgotność powietrza. Zespół badawczy pod kierownictwem Udo Gommel i Franka Bürgera opracował mobilny suchy pokrowiec czyszczący DryCleanCAPE®. Umożliwia on szybkie i elastyczne tworzenie czystego i suchego środowiska produkcyjnego, które osiąga podobne klasy czystości powietrza jak wysokiej jakości konwencjonalne czyszczalnie. DryCleanCAPE® składa się z dwóch różnych osłon, które zapewniają suchość oraz brak cząstek i chemikaliów, niezależnie od siebie, dzięki oddzielnym systemom oczyszczania powietrza. Jak wygląda i działa DryCleanCAPE®, można zobaczyć na stoisku Halle 12, D15.

Ale nie tylko efektywna produkcja ogniw baterii w czystych warunkach staje się coraz ważniejsza, lecz także recykling wycofanych systemów baterii. Jeśli wszystkie plany się powiodą, do 2030 roku na drogach może jeździć prawie 50 milionów samochodów elektrycznych. Ich baterie zawierają cenne surowce, takie jak nikiel, kobalt, mangan i lit, które można ponownie wykorzystać. W projekcie badawczym „Przemysłowe demontaże modułów baterii i silników elektrycznych” (DeMoBat) powstała zatem robotyczna komórka z różnorodnymi narzędziami, które mogą wykonywać wszystkie niezbędne kroki demontażu i są odpowiednie dla wielu typów baterii. Więcej o projekcie DeMoBat można dowiedzieć się na stoisku Halle 12, D15.

Masowa produkcja przemysłowa elektrolizerów i ogniw paliwowych

Oprócz baterii, obiecującym nośnikiem energii jest wodór, który jest czysty i wszechstronny w zastosowaniach. Szczególnie interesuje przemysł i transport ciężki. Aby obecnie jeszcze energochłonne procesy mogły być zastąpione technologiami wodoru, konieczne jest dalsze badania w całym łańcuchu wartości – od produkcji elektrolizerów i ogniw paliwowych.

Zarówno elektrolizery, jak i ogniwa paliwowe są obecnie często produkowane w tzw. manufakturach, czyli z dużą ilością pracy ręcznej. „Jeśli ogniwa paliwowe mają zastąpić silniki spalinowe w transporcie ciężkim, muszą być produkowane masowo, w dużej automatyzacji i w przystępnych cenach” – mówi Erwin Groß z działu Strategii i Rozwoju Przedsiębiorstw w Fraunhofer IPA. Zespół badawczy z Fraunhofer IPA i Centrum Digitalizacji, Zarządzania i Zrównoważonego Rozwoju Schwarzwald (Campus Schwarzwald) osiągnął właśnie to. W projekcie „H2FastCell” powstała robotyczna komórka, w której dwa roboty w kilka sekund układają naprzemiennie bipolarne płyty i membrany elektrody do stosów ogniw paliwowych.

W podobnej komórce robotycznej w przyszłości można by masowo produkować elektrolizery, ponieważ także składają się one z kilku warstw – dwóch elektrod i membrany wymiany protonów (PEM) w środku – i są układane w stos. W projekcie badawczym „Industrializacja produkcji PEM elektrolizerów” (PEP.IN) do wiosny 2025 roku ma być zautomatyzowany nie tylko ten proces układania warstw, lecz także cała linia produkcyjna, łącznie z procesami pośrednimi i testami końcowymi. Wgląd w projekty PEP.IN i H2FastCell można uzyskać na stoisku Baden-Württemberg International: hala 12, D15.

Cała łańcuch wartości wodoru w centrum uwagi

Jeszcze dalej poszedł projekt badawczy „Wydajna, elastyczna i sieciowa platforma badawcza H2” (WAVE-H2) Uniwersytetu Stuttgartu. Dotyczy on całościowego przemysłowego systemu energetycznego, ze szczególnym naciskiem na wykorzystanie wodoru. W najbliższych latach na kampusie Uniwersytetu Stuttgartu i w sąsiedztwie kampusu Schwarzwald w Freudenstadt ma powstać platforma badawcza przemysłowa o wartości około 36 milionów euro. Ma ona integrować różne opcje technologiczne w zakresie produkcji, dystrybucji, magazynowania i zużycia wodoru w sieciowym przemysłowym systemie energetycznym, umożliwiając systematyczny rozwój i testowanie innowacyjnych technologii produkcji i energii. Platforma będzie budowana i obsługiwana w skali przemysłowej, co pozwoli firmom na modernizację i testowanie własnych procesów. Więcej o WAVE-H2 można dowiedzieć się na stoisku Halle 12, D15.

Bezkosztowe lakierowanie jako metoda wykończenia powierzchni elementów addytywnych

Metody druku 3D są już powszechnie stosowane w przemyśle. Oferują dużą elastyczność i umożliwiają tworzenie nowych produktów i rozwiązań w wielu branżach. Jednak powierzchnia elementów addytywnych ma prawie we wszystkich metodach porowatość lub nierówności, co wymaga odpowiedniej obróbki końcowej. Temat ten porusza eksponat związków Fraunhofer. Pokazuje on różne możliwości poprawy właściwości powierzchni elementów addytywnych. Fraunhofer IPA prezentuje technologię bezstratnego lakierowania jako sposób na automatyczną dekorację i powlekanie elementów z tworzyw sztucznych wytwarzanych metodami addytywnymi. W tym celu korzysta się z wiedzy z zakresu druku addytywnego Olivera Refle oraz technik lakierniczych Olivera Tiedje. Optymalizacja procesu wytwarzania w technologii addytywnej połączona z celową obróbką końcową w celu wygładzenia powierzchni stanowi podstawę do lakierowania bez powstawania mgły lakierniczej – przy użyciu systemów lakierniczych specjalnie dostosowanych do właściwości powierzchni elementów z tworzyw sztucznych wytwarzanych metodami addytywnymi. Dzięki temu wysokiej jakości powierzchnie elementów, także w przypadku personalizowanych produktów, są możliwe do ekonomicznego realizowania. Eksponat można obejrzeć na wspólnym stoisku Fraunhofer-Gesellschaft: hala 2, B24.

2ndSCIN® – system dopasowany do robotów

„Kluczowe technologie jutra rozwijają się tylko dzięki czystości technicznej. Jest ona decydująca: od produkcji baterii po biotechnologię” – mówi Udo Gommel, kierownik działu Czysta i Mikroprodukcja w Fraunhofer IPA. Aby sprostać tym wymaganiom, Gommel i jego zespół opracowali osłonę ochronną 2ndSCIN®. Umożliwia ona przygotowanie do pracy dynamicznych elementów automatyzacji, takich jak roboty, do ultraczystej produkcji. 2ndSCIN® składa się z przepuszczalnego powietrza, ruchomej tkaniny. W zależności od zastosowania mogą się na siebie nakładać dwie lub więcej warstw. Warstwy są oddzielone dystansami. W każdym z nich można na przykład zasysać lub odprowadzać powietrze. Pozwala to na usuwanie cząstek pochodzących z otoczenia lub automatyzacji. Wprowadzenie specjalnych gazów do przestrzeni między warstwami umożliwia na przykład sterylizację w zastosowaniach life-science – zarówno automatyzacji, jak i samej osłony. Warstwy tkaniny są również wyposażone w czujniki, które na bieżąco mierzą parametry, takie jak stężenie cząstek, skażenie chemiczne, ciśnienie czy wilgotność. Algorytmy oparte na sztucznej inteligencji analizują dane z czujników, umożliwiając przewidywanie konserwacji i ocenę aktualnego stanu czystości. Osłona może być wymieniona w około godzinę i po dekontaminacji może być ponownie używana. 2ndSCIN® można obejrzeć na wspólnym stoisku Fraunhofer-Gesellschaft: hala 2, B24.

Prelekcje i panele dyskusyjne: program towarzyszący Hannover Messe

Poza dwoma stoiskami goście będą mogli spotkać się z Fraunhofer IPA w ramach programu towarzyszącego targom Hannover Messe. We wtorek, 23 kwietnia, na scenie Industrial Transformation w hali 3 odbędzie się całodniowe wydarzenie „Industrial AI”. Uczestnicy uzyskają wgląd w wspólne projekty badawcze związane z sztuczną inteligencją, które Fraunhofer IPA prezentuje we współpracy z renomowanymi partnerami przemysłowymi w formie case studies.

Dzień później, w środę, 24 kwietnia, profesor Thomas Bauernhansl, dyrektor instytutu Fraunhofer IPA, weźmie udział w dyskusji panelowej na scenie TechTransfer Conference w hali 2, stoisko B02, od godziny 10:50. Przedstawi tam wyniki nowego międzynarodowego badania porównawczego na temat biointeligencji, we współpracy z przedstawicielami Uniwersytetu Hohenheim, Niemieckiego Związku Maszyn i Urządzeń (VDMA) oraz firmy Festo.