Innovationen in der Fertigung sorgen für billigere und umweltfreundlichere Brennstoffzellentechnologie
Brennstoffzellen wandeln die chemische Energie eines Brennstoffs (meist von Wasserstoff) und eines Oxidationsmittels (meist Luft) in elektrischen Strom um. Anders als die meisten Batterien, die reaktive Elemente enthalten, sind Brennstoffzellen auf eine kontinuierliche Versorgung mit Brennstoff und Sauerstoff angewiesen, um deren chemische Reaktion in Gang zu halten. Brennstoffzellen gelten als hocheffiziente Option für die Energieversorgung von Häusern oder den Antrieb von Fahrzeugen. Eine der größten Herausforderungen, die einer breiten Akzeptanz im Wege stehen, sind jedoch die Kosten für die Herstellung von Brennstoffzellenstacks. Das EU-geförderte Forschungs- und Innovationsmaßnahmenprojekt SOSLeM hat den Aufbau einer neuen Stackfertigungsanlage bei dem Unternehmen SOLIDpower unterstützt. Sie lässt den Fertigungsprozess kostengünstiger, umweltfreundlicher und intelligenter werden. Kostengünstiger deshalb, weil das Design vereinfacht wurde und eine automatisierte Produktion ermöglicht. Umweltfreundlicher durch den Einsatz von Stackwerkstoffen mit weniger Auswirkungen auf die Umwelt und optimierter Abfallbehandlung.
Preiswertere und umweltfreundlichere Produktion
Das SOSLeM-Team überarbeitete die Bauform der Kassetten, welche die jeweiligen Brennstoffzellensegmente im Stack aus Festoxidbrennstoffzellen trennen. Dabei kommen weniger Bauteile und eine vollautomatische Umgebung zum Einsatz. Die Stacks wurden dann vor dem Einbau auf einem von SOSLeM entwickelten Prüfstand geprüft, wobei durch effizientere Nutzung der Ausrüstung die Leistung erhöht wurde. Dieser neue Prüfstand lieferte außerdem detaillierteres Feedback über die Stackqualität, verbesserte die Prognose des wahrscheinlichen Verhaltens und zeigte Bereiche mit Verbesserungspotenzial auf. „Wir standen vor der Herausforderung, Werkstoffe und Fertigungsprozesse zu verbessern, da Festoxidbrennstoffzellen bei hohen Temperaturen arbeiten und die Werkstoffe mit zunehmender Temperatur schneller erodieren“, erläutert Projektkoordinator Jan Pieter Ouweltjes. Bevor Änderungen am Fertigungsprozess erfolgten, validierte das Team die Abänderungen mindestens viermal unter repräsentativen Bedingungen im Labor.
Verbrauchern durch Brennstoffzellen-KWK-Kleinstanlagen Entscheidungsmöglichkeiten verschaffen
Im Rahmen des von der EU kofinanzierten Projekts PACE wurden die innerhalb von SOSLeM erreichten Innovationen in die Produktion und den Vertrieb einer Betaversion des Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (Mikro-KWK) von SOLIDpower übernommen. PACE wurde für den Einsatz der sogenannten „Brennstoffzellen-Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung“ für Privathaushalte in Europa gegründet. Da Wärme und Strom in Verbrauchsnähe erzeugt werden, ist diese intelligente Energielösung höchst effizient. Bis 2020 steht das Ziel, sie in mehr als 2 800 Haushalten in zehn Ländern einzusetzen. Da das Heizen für die Hälfte des Energieverbrauchs in Europa verantwortlich ist, könnte diese Technologie eine wichtige Rolle im Zusammenhang mit der Zielsetzung der Dekarbonisierung spielen. PACE hat faktisch die Lieferkette vorbereitet und den Marktplatz für die Fertigungsinnovationen von SOSLeM eröffnet. „Wir haben einen echten Maßstab vorgegeben, da es noch nichts zu kopieren gab. Bis jetzt haben wir einen Prozess, der normalerweise drei bis fünf Jahre dauert, auf gerade einmal zwölf Monate verkürzt und gleichzeitig die Anlage, die Verfahrenstechnik und die Automatisierung fertiggestellt“, berichtet Bernhard Zwinz, Produktionsleiter von SOLIDpower. „Ende 2019 werden wir mit unserer neuen Anlage mit vollautomatischer Montageautomation bis zu 25 MW (16 600 Stacks) jährlich produzieren können. Dabei werden mehr als 80 Arbeitsplätze und noch weitere bei unseren Zulieferern für Ausrüstung und Material geschaffen.“
Schlüsselbegriffe
SOSLeM, Batterien, Wasserstoff, Festoxidbrennstoffzellen, Elektrizität, umweltfreundlich, grün, Energie, Brennstoffzellen-KWK-Kleinstanlagen, Brennstoffzellen-Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung, Verbraucher, erneuerbare Energien
