Ceny musí klesnout: Konzistentní snížení emisí CO₂ je bez zlepšené dostupnosti elektrolyzérů a palivových článků těžko představitelné. Tyto centrální vodíkové systémy se dosud vyrábějí v relativně malých množstvích. Jedním z důvodů jsou výrobní náklady. Referenční továrna H2, kterou orchestruje Fraunhofer IWU, se zaměřuje právě na tuto problematiku: vytváří podmínky pro průmyslovou hromadnou výrobu a vhodné výrobní systémy. Na závěr vodíkových projektů H2GO (palivové články zejména pro nákladní mobilitu) a FRHY (výroba elektrolyzérů) jsou nyní všechny komponenty referenční továrny H2 k dispozici. Pro průmysl se tak otevírá značný potenciál pro vytváření hodnoty.
»Na 20 v 27« zní výkonnostní slib referenční továrny. H2: Do roku 2027 by měly být náklady na výrobu elektrolyzérů a palivových článků sníženy na 20 procent aktuálních hodnot (základ: 2024).
Fyzicky se referenční továrna H2 nachází v „výzkumné továrně“ Fraunhofer IWU. Jako hodnotová společenství několika institutů Fraunhofer a mnoha partnerských firem ukazuje referenční scénáře pro efektivní, škálovatelnou výrobu podél celé hodnotové řetězce. Procesy a zařízení jsou zaměřena na princip role-za-rolí. Obvykle se materiál odvíjí z role, zpracovává a opět navíjí. V kombinaci s kontinuální výrobou (bez mezičase) umožňuje tento proces efektivní výrobu ve velkém množství. K infrastruktuře referenční továrny H2 patří zejména také laboratoř, ve které lze v několika testovacích cyklech před zahájením sériové výroby ověřit výrobně orientované navrhování produktů („Design for Production“).
Nejmodernější infrastruktura pro vysoce automatizovanou výrobu: duté razící válce, elektronové sváření, těsnění, stohování
Elektronové paprskové svařování umožňuje současné zpracování několika spojovacích míst. Obrázek: Fraunhofer IWU
Vysoké výrobní rychlosti a hospodárnost: BPPflexROLL a flexROLLmax Pro výrobu bipolárních desek, které jsou zásadními komponenty elektrolyzérů a palivových článků, se referenční továrna H2 prioritně zaměřuje na lisování dutých plechů jako na kontinuální proces. Nakonec to vede k výrazně nižším výrobním nákladům na komponent. Ve srovnání s klasickými lisovacími procesy klesají procesní síly o faktor 10, což umožňuje menší, lehčí a cenově výhodnější dimenzování potřebné techniky zařízení.
Elektronové paprskové svařování: obzvlášť přesné a efektivní
Pro spojení tenkých kovových bipolárních desek o velikosti DIN A4, které mají tloušťku několika desetin milimetru, je nutné provést sváry s celkovou délkou přes jeden metr, takže rychlost svařování je rozhodující pro výrobní čas. Při elektronovém paprskovém svařování jsou elektrony médiem – několik elektromagnetických čoček řídí negativně nabité částice, které dopadají rychlostí až dvou třetin rychlosti světla a spojují oba obrobky. Tento proces se obejde bez setrvačné řídící mechaniky, jakou vyžaduje laserové svařování. Díky možnosti rychlého odklonu paprsku lze současně zpracovávat několik procesních zón, zatímco dříve bylo nutné "zpracovávat" jedno spojení po druhém.
Z kvalitativního hlediska hovoří pro tuto techniku také to, že se používá za vakuových podmínek. Ty zaručují konstantní podmínky bez rušivých výkyvů atmosférického tlaku nebo vlhkosti vzduchu. Čím kvalitnější je svár bipolárních desek, tím vyšší je účinnost systému. Pokud se zároveň zkrátí doba zpracování, snižují se výrobní náklady. Více kvality při nižších nákladech: Elektronové sváření nastavuje nové standardy.
Těsnění: pouze 100% těsnost znamená vysokou účinnost
Aby bylo možné zajistit ekonomickou výrobu komponentů stack v procesu role-za-role (R2R), byly také vyvinuty nové, kontinuální výrobní technologie pro aplikaci těsnění.
Jedinečné zařízení pro montáž palivových článků a elektrolyzérů
Při návrhu zařízení byl důraz kladen na vývoj nového konceptu stohování, který umožňuje vysoce efektivní montáž jednotlivých komponentů a obejde se bez paralelizace nebo komisování. Šance na podstatné zkrácení procesu stohování a montáže vyplývá z důsledného využití technologie role-za-rolí pro výrobu jednotlivých komponentů (BPP/bipolární desky, PTL/porézní transportní vrstva a CCM/katalyticky potažená membrána), které jsou k dispozici až do stohování v pásu a teprve v procesu se oddělují. Zvlášť inovativní je napínání komponentů jako automatizovaný, reprodukovatelný a nákladově efektivní proces.
Certifikovaná laboratoř
Referenční továrna H2 může testovat elektrolyzéry a palivové články, stejně jako systémy, a to důkladně – aby charakterizovala a hodnotila výkon, životnost, spolehlivost a další důležité vlastnosti za různých provozních podmínek. Zkušební stanice v Chemnitz umožňují validaci materiálového konceptu, než produkt vstoupí do sériové výroby. Včasně sladěný materiálový a výrobní koncept je zvlášť nezbytný s ohledem na rychlé zahájení sériové výroby vodíkových systémů.
Oběhové hospodářství palivových článků
V národním akčním plánu H2GO zkoumal svaz Stack to Piece, jaké stroje, zařízení a procesy jsou potřebné k tomu, aby bylo možné systémy palivových článků nejen automatizovaně montovat, ale také na konci jejich životnosti efektivně demontovat bez poškození. Projektovými partnery jsou instituty Fraunhofer IST, IWU, IKTS a IFAM.
H2-Transfertage: 24. – 26. listopadu v Chemnitz
H2-Transfertage sdružují závěrečné akce hlavních projektů H2GO a H2Giga/FRHY, které se zaměřují na průmyslovou výrobu vodíkových systémů, palivových článků a elektrolyzérů. V centru pozornosti nejsou pouze technologické inovace, ale zejména novátorské výrobní řešení, která podporují ekonomický transfer a průmyslovou přidanou hodnotu.
Zapojením regionálních průmyslových partnerů a interdisciplinárních příspěvků jsou prezentovány konkrétní přístupy k uvedení na trh a budování udržitelných hodnotových řetězců. Více informací a registrace: H2 Transferové dny – Referenční továrna H2. I po ukončení projektu zůstávají výzkumné výsledky pro zainteresované průmyslové společnosti dostupné na webových stránkách referenční továrny H2.
Kontakt:
