Wasserstoff gilt als wichtiger Baustein bei der Umstellung von Industrie und Verkehr auf erneuerbare Energien. Mit den bisher verfügbaren Technologien wäre eine Massenproduktion der dafür in großer Zahl notwendigen Elektrolyseure zu teuer und nicht konkurrenzfähig. Hier setzt die Referenzfabrik an, die Fraunhofer-Forschende aus Chemnitz, Görlitz, Aachen, Stuttgart und Halle (Saale) gerade gemeinsam aufbauen. Dort sollen in den nächsten vier Jahren neue Produktionsverfahren entwickelt und geprüft werden. Die besten und wirtschaftlichsten Verfahren sollen als sogenannte digitale Zwillinge virtuell nachgebaut und in einen Technologiebaukasten überführt werden, damit Industrieunternehmen vor der Planung einer Fertigung prüfen können, mit welchen Produktionskosten sie für bestimmte Elektrolyseur-Typen rechnen müssen. Ziel ist, die Kosten zur Herstellung von Elektrolyseuren für grünen Wasserstoff um mehr als ein Viertel zu senken. Die Bundesregierung fördert das Forschungsprojekt mit 22 Millionen Euro über das Wasserstoff-Leitprojekt „H2Giga“.
„Wir bauen eine digitale Bibliothek der zukunftsfähigen Elektrolyseur-Herstellungsverfahren auf, mit der die Investitionskosten und sogar die Kapitalrendite je nach geplanter Produktionsmenge, Fertigungstiefe und Herstellungsvariante vorab bestimmbar sind“ so Ulrike Beyer, Leiterin der Wasserstoff-Taskforce am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und Koordinatorin des Großforschungsprojektes. Der damit entstehende Technologiebaukasten wird aus ihrer Sicht der Elektrolyseur-Industrie einen echten Boost und einen enormen Innovationsimpact verschaffen, auch weil dank des technologieoffenen Ansatzes neue Ideen und Konzepte aus Wirtschaft und Wissenschaft immer wieder integriert werden können.
Die Forschenden weisen darauf hin, dass es zurzeit nur wenige Elektrolyseur-Hersteller am Markt gibt und diese mit kleinen Stückzahlen eher Nischenmärkte bedienen. Ein starker Heimatmarkt für Wasserstofftechnologien fehle bislang, und die Technologieführerschaft in diesem Industriebereich könne dazu beitragen, einen solchen Markt zu entwickeln und den Wirtschaftsstandort Deutschland weiter zu stärken.
Neben dem Fraunhofer IWU bringen vier weitere Institute der Fraunhofer-Gesellschaft ihre Expertise ein: Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen, das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart, das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale). Das Fraunhofer IWU trägt einen neuen mehrstichigen Walzprozess für Bipolarplatten (BPP) bei, der die qualitätsgerechte Einbringung der Kanal-Geometrien in die Anoden und Kathoden realisiert. Zudem werden die Qualitätskontrolle und das Stacking weiterentwickelt. Der Beitrag des Fraunhofer IPT umfasst die Erforschung neuer produktionstechnologischer Lösungsansätze für die Herstellung der Catalyst Coated Membrane (CCM), der Porösen Transport Lage (PTL) sowie der Bipolarplatten.
Das Fraunhofer IPA wird die einzelnen Produktionsmodule der Referenzfabrik, die an den beteiligten Instituten aufgebaut werden, als Digitale Zwillinge abbilden und virtuell zu einer kompletten Produktionslinie vernetzen. Das Fraunhofer ENAS beschäftigt sich im Großforschungsprojekt mit der Qualifizierung des digitalen Inkjet-Druckverfahrens als Herstellungsverfahren für die Catalyst Coated Membrane (CCM), die eine zentrale Komponente von Elektrolyseuren darstellt. Das Fraunhofer IMWS fokussiert sich auf die Charakterisierung von Elektrolyseur-Bauteilen und -Systemen, die eine frühzeitige Identifizierung von möglichen Schwachstellen und Defekten im industriellen Einsatz möglich machen.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert Deutschlands Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft. Einen zentralen Beitrag des BMBF zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie bilden drei Wasserstoff-Leitprojekte. Dabei geht es um die serienmäßige Herstellung großskaliger Wasser-Elektrolyseure (H2Giga), um die Erzeugung von Wasserstoff und Folgeprodukten auf hoher See (H2Mare) sowie um Technologien für den Transport von Wasserstoff (TransHyDE). Insgesamt wird die Förderung über 740 Millionen Euro betragen.
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