Highspeed-Montage 31.08.2021, 07:00 Uhr

Wasserstoff-Brennstoffzellen als Massenprodukt? Mit dieser Technik ist es möglich

Wasserstoff gilt als wichtige Zukunftstechnologie. Eine wichtige Hürde in der Praxis ist die Herstellung der Brennstoffzellen-Stacks. Sie muss günstig und schnell erfolgen. Fraunhofer-Forschende haben dafür jetzt ein Konzept entwickelt.

Wasserstoff-Lkw

Wasserstoff-Lkw könnten die CO2-Emissionen auf den Straßen deutlich reduzieren.

Foto: panthermedia.net/aaw

Man nehme Wasser und verwandle es in eine Energieform, die sich emissionsfrei nutzen lässt – Wasserstoff wird immer wieder ins Spiel gebracht, wenn es darum geht, die Energiewende Wirklichkeit werden zu lassen. Allerdings ist die Technologie nicht neu und hat sich trotzdem noch nicht durchsetzen können. Denn zwei Hindernisse sind noch nicht beseitigt.

Zum einen werden für die Wasserstoff-Herstellung Elektrolyseure mit höherem Wirkungsgrad als bisher benötigt. Zum anderen gibt es bislang keine vollautomatisierten Anlagen für die Produktion von Brennstoffzellen-Stacks. Sie wandeln den Wasserstoff in elektrische Energie um. Da eine einzelne Brennstoffzelle nur eine geringe Kapazität hat, werden mehrere dieser Bipolarplatten zu Stapeln (=stacks) zusammengefügt. Ein Team vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und vom Campus Schwarzwald hat jetzt die Grundlage für eine wirtschaftliche Serienproduktion dieser Brennstoffzellen-Stacks geschaffen. Im Rahmen des Projektes „H2FastCell“ soll bis zum Jahr 2023 eine Demonstrationsanlage gebaut werden.

In 13 Minuten soll ein Stapel aus 400 Brennstoffzellen entstehen

Stapel aus Brennstoffzellen werden wahrscheinlich in vielen Bereichen eine Rolle spielen. Ein gutes Beispiel ist der Güterverkehr. Denn Wasserstoff lässt sich in einem ähnlichen Tempo tanken wie herkömmliche Kraftstoffe. Sobald die technischen Probleme gelöst sind und es eine entsprechende Infrastruktur für Wasserstoff-Tankstellen gibt, könnte diese Energiequelle also für einen emissionsfreien Transport sorgen und wäre sicherlich attraktiver als reine Elektroautos, deren Akkus regelmäßig aufgeladen werden müssen.

Weltpremiere: erster vollelektrischer Lkw von Mercedes-Benz

Stellenangebote im Bereich Automatisierungstechnik

Automatisierungstechnik Jobs
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Projektsteuerer*in (m/w/d) für Projekte in Energie, Anlagenbau und prozesstechnischer Industrie THOST Projektmanagement GmbH
verschiedene Standorte Zum Job 
Mercer Stendal GmbH-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker Elektrotechnik (m/w/d) Mercer Stendal GmbH
Arneburg Zum Job 
HUBER SE-Firmenlogo
Inbetriebnahmeleiter (m/w/d) Großanlagen international HUBER SE
Berching Zum Job 
Timm Technology GmbH-Firmenlogo
Sales Manager / Vertriebsingenieur (m/w/d) Explosionsschutz Timm Technology GmbH
Reinbek Zum Job 
Fresenius Kabi Deutschland GmbH-Firmenlogo
Process Expert Injection Molding / Ingenieur Spritzguss - Expertenlevel (m/w/d) Fresenius Kabi Deutschland GmbH
Bad Hersfeld Zum Job 
THOST Projektmanagement GmbH-Firmenlogo
Ingenieur*in (m/w/d) Projektmanagement - Bereich Energietechnik THOST Projektmanagement GmbH
Berlin, Hannover, Nürnberg, Kiel, Würzburg Zum Job 
ZECH Bau SE-Firmenlogo
Projektleiter Technische Gebäudeausrüstung (m/w/d) im Schlüsselfertigbau ZECH Bau SE
TenneT TSO GmbH-Firmenlogo
Ingenieur für Netzführungstechnologien (m/w/d) TenneT TSO GmbH
Bayreuth Zum Job 
CAREL DEUTSCHLAND GMBH-Firmenlogo
Sales Manager / Account Manager (m/w/d) Kältetechnik CAREL DEUTSCHLAND GMBH
Gelnhausen-Hailer, Homeoffice im Raum Baden-Württemberg, Bayern, Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Hessen Zum Job 
TenneT TSO GmbH-Firmenlogo
Ingenieur als technischer Planer Sekundärtechnik (m/w/d) TenneT TSO GmbH
Bayreuth Zum Job 
AGR Betriebsführung GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Leittechnik (m/w/d) AGR Betriebsführung GmbH
AbbVie Deutschland GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Sicherheitsingenieur Site Operations (all genders) AbbVie Deutschland GmbH & Co. KG
Ludwigshafen am Rhein Zum Job 
BAUER KOMPRESSOREN GmbH-Firmenlogo
Maschinenbauingenieur (m/w/d) Ventilentwicklung & Strömungssimulation BAUER KOMPRESSOREN GmbH
München Zum Job 
Amcor Flexibles Singen GmbH-Firmenlogo
Teamleiter Prozessingenieure / Prozessingenieur (m/w/d) Amcor Flexibles Singen GmbH
Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences-Firmenlogo
Professur (W2) Festigkeitslehre / Technische Mechanik und Werkstoffkunde Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences
Esslingen Zum Job 
IMS Messsysteme GmbH-Firmenlogo
Systemingenieur (m/w/i) für Oberflächeninspektion IMS Messsysteme GmbH
Heiligenhaus Zum Job 
Hänsel Processing GmbH-Firmenlogo
Leiter Elektrokonstruktion (w/m/d) Hänsel Processing GmbH
Hannover Zum Job 
RHEINMETALL AG-Firmenlogo
Verstärkung für unsere technischen Projekte im Bereich Engineering und IT (m/w/d) RHEINMETALL AG
deutschlandweit Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieurin oder Projektingenieur im Bereich Ladeinfrastruktur (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Hannover Zum Job 
Staatliches Baumanagement Niedersachsen-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) Elektrotechnik Staatliches Baumanagement Niedersachsen

Die Herstellung der Brennstoffzellen-Stacks kann allerdings nur wirtschaftlich erfolgen, wenn ein hoher Grad an Automatisierung erreicht wird. Entsprechende Fertigungsanlagen gibt es derzeit nach Angaben der Fraunhofer-Experten noch nicht. Das wollen sie ändern. Das Team hat ein Konzept erarbeitet, nach dem es gerade mal 13 Minuten dauern würde, ein Stack herzustellen.

Beim Stapeln der Brennstoffzellen-Stacks ist Präzision gefragt

Das Kernelement einer Brennstoffzelle ist die Bipolarplatte. Für einen Brennstoffzellen-Stack werden mehrere dieser Platten aufeinandergestapelt, über die in der Anwendung Wasserstoff und Sauerstoff eingeleitet werden. Hinzu kommen Membran-Elektrodeneinheiten, in denen die beiden chemischen Elemente miteinander reagieren. Die Stapel sind nötig, um eine ausreichende Leistung bereitstellen zu können. Allerdings ist dieses System extrem empfindlich. Sind die Platten nicht exakt platziert – eine Abweichung im Mikrometerbereich reicht schon aus – kann die Leistung des Brennstoffzellensystems sinken. Wenn man bedenkt, dass beispielsweise für den Brennstoffzellenmotor eines Lkw etwa 400 Bipolarplatten gestapelt werden müssen, wird schnell klar, warum die Automatisierung in diesem Bereich eine Herkulesaufgabe ist.

Das ist die Idee der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler: Ein Montageroboter greift abwechselnd Bipolarplatten und Membran-Elektrodeneinheiten. Dabei scannt er die einzelnen Schichten, wenn er sie greift, und das aus gutem Grund. Der Roboter setzt nämlich parallel mehrere Stacks zusammen. Durch die Scandaten kann er also einschätzen, auf welchen halbfertigen Stack die jeweilige Schicht am besten passt. Das soll im Sekundentakt passieren. Ein Brennstoffzellen-Stack für den Lkw wäre mit seinen 400 Bipolarplatten also nach knapp 13 Minuten fertig.

Unternehmen dürfen Demonstrator-Anlage nutzen

„Wenn der Durchsatz der Stacks derart erhöht wird, ist damit die Grundlage für die industrielle Massenproduktion von Brennstoffzellen gelegt. Die Preise würden fallen“, sagt Friedrich-Wilhelm Speckmann vom Zentrum für digitalisierte Batteriezellenproduktion am Fraunhofer IPA.

Aachener Institut untersucht Potenzial von Wasserstoff

Bis Sommer 2023 soll eine erste Demonstrator-Stackinganlage für die automatisierte Brennstoffzellenmontage stehen. Diese Anlage wollen die Forschenden Unternehmen zur Verfügung stellen, die beispielsweise weitere Versuche und Machbarkeitsstudien planen. Beteiligt sind an dem Projekt neben dem Fraunhofer IPA und dem Campus Schwarzwald fünf Unternehmen aus Baden-Württemberg.

Lesen Sie auch:

Mehr lesen zum Thema Wasserstoff:

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.