Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »CFE-Pilot«
Grüner Wasserstoff als deutsch-australisches Gemeinschaftsprojekt
Grüner Wasserstoff ist ein zentraler Baustein der Energiewende, sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene. Um den zukünftigen Wasserstoffbedarf zu erfüllen, müssen die Produktionskapazitäten der Industrie stark ausgebaut werden. Das Ziel der deutsch-australischen Projektinitative »HyGATE« ist die Entwicklung eines hocheffizienten Wasserstoffelektrolyseurs. In diesem Projekt bauen Forscherinnen und Forscher eine Pilotanlage im 200-kW-Maßstab auf. Neben dem Aufbau der Technologie zur Wasserelektrolyse wird eine Lieferkette für Material und Produktionsanlagen etabliert – mit dem Ziel, deutsche Technologien auf den australischen Markt zu bringen. Durch den Technologietransfer soll im Gegenzug die Lieferung von grünem Wasserstoff und effizienten Elektrolyseuren nach Deutschland möglich werden.
Kapillargespeiste Technologie zur Wasserelektrolyse
Das Alleinstellungsmerkmal von Elektrolyseuren mit kapillargespeister Technologie besteht in der Zufuhr von Wasser durch die Kapillarstrukturen. Das Wasser gelangt dabei über einen Separator mit geringem Widerstand zu den Elektroden der Elektrolysezelle. Die Elektroden wandeln das Wasser direkt in Wasserstoff- und Sauerstoffgas um, ohne dass sich Gasblasen in der Flüssigkeit bilden. Dies unterscheidet das Konzept von anderen Elektrolyseuren, deren Reaktionsprodukt Gasblasen sind, die sich in Flüssigkeit bewegen und so eine Zwei-Phasen-Strömung bilden. Bei einer Capillary-fed Electrolyser-Zelle (CFE) werden die Gase direkt in der Zelle gesammelt. Dadurch entfallen die komplexen und teuren technischen Systeme herkömmlicher Zellen, die die schaumartigen Zwei-Phasen-Strömungen zu einem Abscheider befördern, der sie in eine Flüssigkeits- und eine Gasphase aufteilt.
In drei Teilprojekten zur Pilotanlage mit deutsch-australischen Standards
Die Projektinitative »HyGATE« gliedert sich in drei Teilprojekte, die das Projektkonsortium parallel durchführt:
- Der Projektpartner Hysata hat bereits eine Elektrolyseurzelle entwickelt, die von den Projektpartnern optimiert und für den 200-kW-Zellstapel hochskaliert wird. Im Projekt entwickeln die Partner nun die Materialien sowie die Herstellungsprozesse für die Elektroden, die porösen Transportschichten (PTLs) und die Bipolarplatten der Zellen weiter.
- Die beteiligten australischen und deutschen Forscherinnen und Forscher entwickeln die notwendigen zugehörigen Systeme für die 200-kW-Pilotanlage. Diese Systeme, die sogenannte Balance-of-Plant (BoP), sollen sowohl australische als auch europäische Sicherheitsstandards erfüllen.
- Gemeinsam entwickelt das Projektkonsortium Technologien und Verfahren für die Großserienfertigung der Zellen und Stacks, die in einer prototypischen Produktionsumgebung für die 200-kW-Pilotanalge evaluiert werden.
Anforderungen an Design, Material und Prozess zusammenbringen
Die CFE-Bipolarplatten gehören zu den Hauptkomponenten im Stack. Für die Herstellung müssen die Projektpartner die Designanforderungen an die Plattengeometrie auf die Prozessbedingungen und die Materialeigenschaften des Bauteils abstimmen. Das Fraunhofer IPT bringt dabei seine Expertise in den Fertigungsprozessen des Umformens, Schneidens und Schweißens metallischer Bipolarplatten in das Projekt ein. Besonders die Optimierung des Umformens des Nickel-Blechs zu einer performanten und toleranzarmen Bipolarplatte steht im Fokus der Aufgaben des Fraunhofer IPT.
Projektkoordinatoren
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen (Deutschland)
- Hysata Pty Ltd, Port Kembla (Australien)
Projektpartner
- Forschungszentrum Jülich, Jülich
- Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Dresden
- Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT, Aachen
- Alantum Europe GmbH, München
- Messkonzept GmbH, Frankfurt a.M.
- VAF GmbH, Bopfingen
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt »CFE-Pilot« wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) und der Australian Renewable Energy Agency (ARENA) im Rahmen des Programms »German-Australian Hydrogen Innovation and Technology Incubator (HyGATE)« gefördert.
Förderkennzeichen: 03SF0712A
