Im Leitprojekt »H2 Giga« entwickeln Forschungseinrichtungen und Unternehmen die Massenproduktion leistungsstarker Elektrolyseure. Ziel ist, grünen Wasserstoff für Industrie und Schwerlastverkehr verfügbar zu machen. Elektrolyseure sind bisher teuer und handgefertigt. In PEP.IN entstand daher eine automatisierte Fertigungslinie, in der Roboter das Stacking der Zellkomponenten übernehmen. Kameras prüfen dabei die Qualität. Die neue Linie ermöglicht eine Produktion im Gigawatt-Maßstab.
Im Projekt FRHY wurde eine IT-Plattform aufgebaut, die alle Produktionsdaten in Echtzeit erfasst und als Digitaler Zwilling visualisiert. Verzögerte Anlagenlieferungen verhinderten jedoch die vollständige Vernetzung; Emulatoren überbrücken dies vorerst.
Da PEM-Elektrolyseure viel Iridium benötigen, untersuchte das Projekt IREKA dünne Iridiumschichten und Legierungen, um den Einsatz des seltenen Metalls zu reduzieren. Dünnschichten funktionieren bereits, ihre Stabilität ist aber noch zu prüfen. Legierungen mit Zinn oder Ruthenium sind vielversprechend, jedoch bleibt ein edelmetallfreier Ansatz unrealistisch.
Für die Analyse von Materialstabilität und Degradation wurden im Projekt DEGRAD-EL3-Q Quantenalgorithmen weiterentwickelt und ein KI-Modell erstellt, das das Alterungsverhalten von Elektrolyseuren vorhersagt.
Im Projekt ReNaRe entstand ein robotergestützter Ansatz für die Demontage alter Stacks, um Rohstoffe zurückzugewinnen. Roboterskills und Reinforcement Learning ermöglichen das automatisierte Lösen von Verbindungen. Ein Digitaler Zwilling erleichtert die Anpassung an unterschiedliche Stackdesigns und die energieoptimierte Planung.
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Das Leitprojekt »H2 Giga« treibt den Aufbau einer industriellen Massenproduktion von Elektrolyseuren voran – zentral für die Versorgung von Industrie und Schwerlastverkehr mit grünem Wasserstoff. Forschungsteams entwickeln dafür automatisierte Fertigung, digitale Zwillinge, neue Materialien und kreislauforientierte Prozesse. Die Ergebnisse der beteiligten Fraunhofer-Teams liegen nun vor.
Industrielle Produktion für grünen Wasserstoff
Das Leitprojekt »H2 Giga« soll Elektrolyseure günstiger und schneller verfügbar machen. Da Wasserstoff vor allem in Wasser gebunden ist, benötigen Industrie und Verkehr effiziente Elektrolyseure zur klimaneutralen Energieversorgung. Bisherige Handfertigung ist langsam und teuer.
Automatisiertes Stacking im Gigawatt-Maßstab
Im Teilprojekt PEP.IN wurde bei Quest One eine automatisierte Linie aufgebaut. Roboter übernehmen das präzise Stacking von Elektroden, Membranen und weiteren Komponenten innerhalb von Sekunden. Kamerasysteme prüfen die Qualität und sortieren fehlerhafte Teile aus. So entsteht erstmals eine Elektrolyseurfabrik, die jährlich Leistungen im Gigawatt-Bereich produzieren kann.
Digitaler Zwilling für eine vernetzte Produktion
Im Projekt FRHY entstand eine IT-Plattform, die Produktionsdaten aller Module sammelt und als Digitaler Zwilling visualisiert. Lieferverzögerungen verhindern zwar noch die vollständige Vernetzung, doch Emulatoren simulieren fehlende Anlagen. Für eine komplett vernetzte Modellfabrik wird ein Folgeprojekt angestrebt.
Weniger Iridium für PEM-Elektrolyseure
Da Iridium extrem selten und teuer ist, untersucht das Projekt IREKA Wege zur Reduktion des Edelmetalls:
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ultradünne Iridiumschichten per Galvanotechnik,
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Legierungen mit Zinn oder Ruthenium.
Dünnschichten funktionieren bereits, ihre Langzeitstabilität muss aber noch geprüft werden. Nickellegierungen erwiesen sich als instabil; Ruthenium ist ebenfalls selten. Edelmetallfreie Lösungen sind nicht absehbar, daher ist Ressourcenschonung entscheidend.
Quantencomputing und KI für Material- und Lebensdauermodelle
Im Projekt DEGRAD-EL3-Q entwickelten die Teams neue hybride Quantencomputing-Methoden, um Materialverhalten bis auf Molekülebene besser simulieren zu können. Parallel entstand ein KI-Modell, das anhand von Messdaten das Degradationsverhalten von Elektrolyseuren vorhersagt.
Robotergestützte Demontage für eine Kreislaufwirtschaft
Im Projekt ReNaRe wurde ein automatisierter Ansatz zur Demontage von Elektrolyseur- und Brennstoffzellenstacks entwickelt. Aufgrund großer Produktvarianz trainierten die Forschenden Roboterskills und Reinforcement-Learning-Modelle, die robuste Demontageprozesse ermöglichen. Ein Digitaler Zwilling unterstützt zudem die energieoptimierte Planung für unterschiedliche Stackdesigns und schafft die Grundlage für eine wirtschaftliche Kreislaufwirtschaft.
