Les prix doivent baisser : une réduction conséquente des émissions de CO₂ est difficilement envisageable sans une meilleure disponibilité des électrolyseurs et des piles à hydrogène. Actuellement, ces systèmes centraux à hydrogène sont produits en quantités relativement faibles. Une des raisons en sont les coûts de fabrication. L'usine de référence orchestrée par le Fraunhofer IWU s'attaque précisément à ce problème : elle crée les conditions pour une production industrielle de masse et des systèmes de production adaptés. À l'issue des projets hydrogène H2GO (piles à hydrogène notamment pour la mobilité de charge) et FRHY (production d'électrolyseurs), tous les éléments de l'usine de référence H2 sont désormais disponibles. Pour l'industrie, cela représente un potentiel de création de valeur considérable.
« Sur 20 dans 27 » est la promesse de performance de l'usine de référence H2 : d'ici 2027, les coûts de fabrication des électrolyseurs et des piles à hydrogène doivent être réduits à 20 % des valeurs actuelles (base : 2024).
Physiquement, l'usine de référence H2 est située dans la « fabrique de recherche » du Fraunhofer IWU. En tant que communauté de création de valeur regroupant plusieurs instituts Fraunhofer et de nombreuses entreprises partenaires, elle présente des scénarios de référence pour une production efficace et évolutive le long de toute la chaîne de valeur. Les processus et les installations sont orientés vers le principe rouleau-à-rouleau. Typiquement, le matériau est déroulé d'un rouleau, traité et ensuite réenroulé. En combinaison avec la fabrication continue (sans pauses intermédiaires), ce procédé permet une production efficace en grandes quantités. L'infrastructure de l'usine de référence H2 comprend également un laboratoire où la conception de produits adaptée à la fabrication (« Design for Production ») peut être vérifiée dans plusieurs boucles de test avant le démarrage de la série.
Infrastructure moderne pour une production hautement automatisée : estampage à vide, soudage par faisceau d'électrons, étanchéité, empilage
Le soudage par faisceau d'électrons permet le traitement simultané de plusieurs points de soudure. Image : Fraunhofer IWU
Taux de production élevés et rentabilité : pour la fabrication de plaques bipolaires, composants essentiels des électrolyseurs et des piles à hydrogène, l'usine de référence H2 privilégie l'estampage à vide comme procédé continu. Cela entraîne des coûts de fabrication nettement inférieurs par composant. Par rapport aux procédés de pressage classiques, les forces de processus diminuent d'un facteur 10, ce qui permet de dimensionner la technologie d'installation plus petite, plus légère et moins coûteuse.
Soudage par faisceau d'électrons : particulièrement précis et efficace
Pour assembler les plaques bipolaires métalliques d'une épaisseur de quelques dixièmes de millimètre de la taille d'une feuille DIN A4, des soudures d'une longueur totale de plus d'un mètre doivent être réalisées, de sorte que la vitesse de soudage est déterminante pour le temps de fabrication. Lors du soudage par faisceau d'électrons, les électrons sont le médium – plusieurs lentilles électromagnétiques contrôlent les particules chargées négativement, qui atteignent jusqu'à deux tiers de la vitesse de la lumière et fusionnent les deux pièces de travail. Ce procédé ne nécessite pas de mécanique de guidage lente comme lors du soudage laser. Grâce à la possibilité de déviation rapide du faisceau, plusieurs zones de processus peuvent être traitées simultanément, alors qu'auparavant, un point de soudure après l'autre devait être « traité ».
D'un point de vue qualitatif, cette technique est également avantageuse car elle est utilisée sous des conditions de vide. Cela garantit des conditions constantes sans fluctuations perturbatrices de la pression atmosphérique ou de l'humidité. Plus la connexion de soudure des plaques bipolaires est de haute qualité, plus le rendement du système est élevé. Si le temps de traitement diminue également, les coûts de fabrication se réduisent. Plus de qualité à moindre coût : le soudage par faisceau d'électrons établit de nouvelles normes.
Étanchéité : seule une étanchéité à 100 % signifie un rendement élevé
Pour permettre une fabrication économiquement viable des composants de pile en procédé rouleau-à-rouleau (R2R), de nouvelles technologies de production continues pour l'application de l'étanchéité ont également été développées.
Installation unique pour l'assemblage de piles à hydrogène et d'électrolyseurs
Lors de la conception de l'installation, l'accent a été mis sur le développement d'un concept d'empilage novateur, permettant un assemblage à haut débit des composants individuels sans parallélisation ni commissionnement. La possibilité d'une réduction substantielle du processus d'empilage et d'assemblage découle de l'utilisation systématique de la technologie rouleau-à-rouleau pour la fabrication des composants individuels (BPP/plaques bipolaires, PTL/couche de transport poreuse et CCM/membrane enduite de catalyseur), qui sont disponibles en bande jusqu'à l'empilage et ne sont séparés qu'au cours du processus. Ce qui est particulièrement innovant, c'est la tension des composants en tant que processus automatisé, reproductible et économique.
Laboratoire certifié
L'usine de référence H2 peut tester des cellules individuelles d'électrolyseurs et de piles à hydrogène ainsi que des systèmes pour évaluer la performance, la durabilité, la fiabilité et d'autres caractéristiques importantes dans différentes conditions de fonctionnement. Les bancs d'essai à Chemnitz permettent de valider le concept de matériau avant qu'un produit ne passe en production de série. Un concept de matériau et de production coordonné dès le départ est essentiel pour le démarrage rapide de la production en série de systèmes à hydrogène.
Économie circulaire des piles à hydrogène
Dans le cadre du plan d'action national H2GO, le consortium Stack to Piece a examiné quelles machines, installations et processus sont nécessaires pour non seulement assembler automatiquement des systèmes de piles à hydrogène, mais aussi, à la fin de leur cycle de vie, les démonter de manière non destructive dans des processus efficaces. Les partenaires du projet sont les instituts Fraunhofer IST, IWU, IKTS et IFAM.
Jours de transfert H2 : 24 - 26 novembre à Chemnitz
Les jours de transfert H2 regroupent les événements de clôture des projets phares H2GO et H2Giga/FRHY, qui se concentrent sur la production industrielle de systèmes à hydrogène, de piles à hydrogène et d'électrolyseurs. L'accent est mis non seulement sur les innovations technologiques, mais également sur des solutions de production novatrices qui favorisent le transfert économique et la création de valeur industrielle.
Grâce à l'implication de partenaires industriels régionaux et de contributions interdisciplinaires, des approches concrètes pour l'introduction sur le marché et la création de chaînes de valeur durables sont présentées. Plus d'infos et inscription : Jours de transfert H2 - Usine de référence H2. Même après la fin du projet, les résultats de recherche restent accessibles aux entreprises industrielles intéressées sur les sites web de l'usine de référence H2.
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