Wasserstofftechnologie

HOKOME beschreibt das Vorhaben des Fraunhofer IWS und vier weiterer Fraunhofer-Institute zur Entwicklung hochproduktiver und kosteneffizienter Fertigungskonzepte für Brennstoffzellen-Stacks. Die Nutzung von Wasserstoff als CO₂-freiem Energieträger ist fester Bestandteil der Strategie international führender Fahrzeughersteller. Demgegenüber stehen bislang hohe Produktionskosten für Bipolarplatten (BPP) und Membran-Elektrodeneinheiten (MEA) – den beiden Hauptkomponenten von Brennstoffzellen-Stacks. Das Forschungsprojekt setzt an dieser Stelle an und treibt die Weiterentwicklung industrietauglicher Rolle-zu-Rolle-Beschichtungstechnologien (englisch: Roll-to-Roll, R2R) sowie hierfür notwendiger Umform- und Fügeverfahren voran. Sie sollen die derzeit übliche diskontinuierliche Batch-Einzelteilfertigung ersetzen. Zielstellung ist es, eine signifikante Reduzierung der Kosten von bis zu 50 Prozent zu erreichen. HOKOME stellt damit ein am Markt einmaliges Projekt dar, das für nachhaltige mobile Anwendungen etwa bei Lkw, Bussen und sonstigen Fahrzeugen, die insbesondere weite Fahrstrecken zurücklegen müssen, von Interesse ist.

Im Verbundprojekt HZwo:FRAME-Tank entwickeln sächsische Partner aus Industrie und Forschung einen Ringdruckbehälter zur Speicherung von Wasserstoff für die mobile Energieversorgung. Die kohlenstofffaserverstärkten Wasserstofftanks bestehen aus zwei im Spritzgussverfahren hergestellten Halbschalen: Einer lasertransparenten, weißen Oberschale und einer laserabsorbierenden, schwarzen Unterschale. Für das H₂-dichte Fügen der beiden Schalenhälften hat das Fraunhofer IWS einen passenden Laserschweißprozess entwickelt. Auf einer modernen Multi-Remote-Anlage (MuReA), die eine großflächige, flexible und schnelle Bearbeitung verschiedener Werkstoffe ermöglicht, lassen sich so qualitativ hochwertige Schweißergebnisse zeit- und materialsparend erzielen. Das eigens entwickelte Fügestellendesign sorgt für eine bestmögliche Überbrückung von Bauteiltoleranzen der großvolumigen Spritzgusskörper, um so eine mediendichte Verschweißung abzusichern. Im Nachgang entsteht aus dem Kunststoffliner durch den Einsatz einer neuen Ringwickeltechnologie ein toroidaler Kohlenstofffaserverbund-Druckbehälter. Das durch die ESF-EFRE Technologieförderung der SAB Sächsischen Aufbaubank geförderte Verbundprojekt leistet damit einen wichtigen Beitrag für eine umweltfreundliche mobile Energieversorgung in Sachsen. 

Im Verbund mit 23 Fraunhofer-Instituten beteiligt sich das Fraunhofer IWS am Forschungsprojekt H₂ D. Es soll den nachhaltigen und zukunftssicheren Aufbau einer modernen Wasserstoffwirtschaft in Deutschland vorantreiben und dabei auch internationale Dimensionen berücksichtigen. Einer der vier Schwerpunkte des Projekts beschäftigt sich mit der kostengünstigen Produktion von Wasserstoff mittels Elektrolyse. Die Wissenschaftler des Fraunhofer IWS unterstützen das Vorhaben, indem sie im Pulverbettverfahren Bipolarplatten (BPP) aus dem besonders reinen Werkstoff Titan Grade 1 herstellen. Mittels Additiver Fertigung lassen sich komplexe und zugleich filigrane Säulengeometrien von nur wenigen Mikrometern für alternative BPP-Designs realisieren. Die Eignung der resultierenden Prototypen für PEM-Elektrolyseure lässt sich anschließend durch sogenannte Flow-Field-Analysen visualisieren, die Aufschluss über die gleichmäßige Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der BPP geben. Der Mehrwert durch die Additiven Fertigung liegt dabei auf der Hand: Prototypen lassen sich schnell und ohne zusätzliche Werkzeuge anfertigen.