Los precios deben bajar: una reducción coherente de las emisiones de CO₂ es difícil de imaginar sin una mejor disponibilidad de electrolizadores y pilas de combustible. Aún se producen estos sistemas de hidrógeno centrales en cantidades relativamente pequeñas. Una razón para ello son los costos de fabricación. La fábrica de referencia H2, orquestada por Fraunhofer IWU, aborda precisamente esto: crea las condiciones para una producción industrial en masa y sistemas de producción adecuados. Con la finalización de los proyectos de hidrógeno H2GO (pilas de combustible, especialmente para la movilidad de carga) y FRHY (producción de electrolizadores), ahora están disponibles todos los componentes de la fábrica de referencia H2. Para la industria, esto representa un considerable potencial de creación de valor.
»A 20 en 27« es la promesa de rendimiento de la fábrica de referencia H2: para 2027, los costos de fabricación de electrolizadores y pilas de combustible deben reducirse al 20 por ciento de los valores actuales (base: 2024).
La fábrica de referencia H2 está físicamente ubicada en la »fábrica de investigación« de Fraunhofer IWU. Como comunidad de creación de valor de varios institutos Fraunhofer y numerosas empresas asociadas, muestra escenarios de referencia para una producción eficiente y escalable a lo largo de toda la cadena de valor. Los procesos y plantas están orientados al principio de rollo a rollo. En este proceso, el material se desenrolla de un rollo, se procesa y se vuelve a enrollar. Combinado con la fabricación continua (sin pausas intermedias), este procedimiento permite una producción eficiente en grandes cantidades. La infraestructura de la fábrica de referencia H2 incluye especialmente un laboratorio donde se puede verificar el diseño del producto adecuado para la fabricación (»Design for Production«) en varias rondas de prueba antes del inicio de la producción en serie.
Infraestructura de vanguardia para producción altamente automatizada: rodillos de estampado en hueco, soldadura por haz de electrones, sellado, apilamiento
La soldadura por haz de electrones permite el procesamiento simultáneo de múltiples puntos de unión. Imagen: Fraunhofer IWU
Altas tasas de producción y rentabilidad: BPPflexROLL y flexROLLmax Para la fabricación de placas bipolares, componentes esenciales de electrolizadores y pilas de combustible, la fábrica de referencia H2 se centra principalmente en el rodillo de estampado en hueco como proceso continuo. Esto resulta en costos de fabricación significativamente más bajos por componente. En comparación con los procesos de prensado clásicos, las fuerzas de proceso disminuyen en un factor de 10, lo que permite dimensionar la tecnología de la planta de manera más pequeña, ligera y económica.
Soldadura por haz de electrones: especialmente precisa y eficiente
Para unir las delgadas placas bipolares metálicas de unos pocos décimas de milímetro del tamaño de una hoja DIN A4, se deben realizar costuras de soldadura con una longitud total de más de un metro, por lo que la velocidad de soldadura es crucial para el tiempo de fabricación. En la soldadura por haz de electrones, los electrones son el medio: varias lentes electromagnéticas controlan las partículas cargadas negativamente, que impactan a hasta dos tercios de la velocidad de la luz y fusionan las dos piezas de trabajo. Este procedimiento no requiere mecánica de guiado pesada como en la soldadura láser. Gracias a la posibilidad de desviar rápidamente el haz, se pueden procesar varias zonas de proceso simultáneamente, donde anteriormente se debía procesar una unión tras otra.
Desde un punto de vista cualitativo, esta técnica también es favorable porque se utiliza en condiciones de vacío. Esto garantiza condiciones constantes sin fluctuaciones perturbadoras de presión del aire o humedad. Cuanto más alta sea la calidad de la unión soldada de las placas bipolares, mayor será la eficiencia del sistema. Si al mismo tiempo se reduce el tiempo de procesamiento, se reducen los costos de fabricación. Más calidad a menores costos: así, la soldadura por haz de electrones establece nuevos estándares.
Sellado: solo el 100% de estanqueidad significa alta eficiencia
Para permitir una fabricación económicamente viable de los componentes de apilamiento en el proceso rollo a rollo (R2R), también se han desarrollado nuevas tecnologías de producción continua para la aplicación del sellado.
Planta única para el montaje de pilas de combustible y electrolizadores
En el diseño de la planta, el enfoque estuvo en el desarrollo de un novedoso concepto de apilamiento que permite un montaje de alta velocidad de los componentes individuales y prescinde de la paralelización o la preparación. La oportunidad de una reducción sustancial del proceso de apilamiento y montaje se deriva del uso coherente de la tecnología rollo a rollo para la fabricación de los componentes individuales (BPP/placas bipolares, PTL/capa de transporte porosa y CCM/membrana recubierta de catalizador), que están disponibles en la banda hasta el apilamiento y solo se separan en el proceso. Especialmente innovador es la tensión de los componentes como un proceso automatizado, reproducible y económico.
Laboratorio certificado
La fábrica de referencia H2 puede probar celdas individuales de electrolizadores y pilas de combustible, así como sistemas, para evaluar y caracterizar su rendimiento, durabilidad, fiabilidad y otras propiedades importantes bajo diversas condiciones de operación. Los bancos de pruebas en Chemnitz permiten validar el concepto de material antes de que un producto entre en producción en serie. Un concepto de material y producción coordinado a tiempo es esencial para el rápido lanzamiento de la producción en masa de sistemas de hidrógeno.
Economía circular de pilas de combustible
En el plan de acción nacional H2GO, la asociación Stack to Piece investigó qué máquinas, instalaciones y procesos son necesarios para no solo montar automáticamente los sistemas de pilas de combustible, sino también desmontarlos de manera eficiente al final de su vida útil sin destruirlos. Los socios del proyecto son los institutos Fraunhofer IST, IWU, IKTS e IFAM.
Días de transferencia H2: 24 - 26 de noviembre en Chemnitz
Los días de transferencia H2 agrupan los eventos de cierre de los proyectos líderes H2GO y H2Giga/FRHY, que se centran en la producción industrial de sistemas de hidrógeno, pilas de combustible y electrolizadores. En el centro de atención no solo están las innovaciones tecnológicas, sino especialmente las soluciones de producción novedosas que fomentan la transferencia económica y la creación de valor industrial.
A través de la inclusión de socios industriales regionales y contribuciones interdisciplinarias, se presentan enfoques concretos para la introducción al mercado y la construcción de cadenas de valor sostenibles. Más información y registro: Días de transferencia H2 - Fábrica de referencia H2. Incluso después de la finalización del proyecto, los resultados de la investigación estarán disponibles para las empresas industriales interesadas en los sitios web de la fábrica de referencia H2.
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