Ob Kreuzritter, Muslime oder Politiker: Glaubenskriege verhindern die Suche nach Lösungen. Bei der Energiewende mutet manche Diskussion die Rückkehr ins Mittelalter an. Doch unser aller, weltweites Interesse muss an eine Energiewende hin zur Erzeugung von nachhaltiger Energie liegen. Wie es gelingen, versucht luckx – das magazin zu klären. Fortsetzung vom ersten Teil.

Energiewende

Dass wir künftig warme Stuben und fahrende Autos nicht mehr durch Erdöl und Erdgas erhalten werden, sollten auch dem dümmsten Erdgas- und Erdöllieferanten klar sein. Doch welche der Energiequellen für die Energiewende ausschlaggebend sein wird, ist völlig nebensächlich. Hauptsache, sie gelingt. Wir alle haben dabei doch gar keine Erfahrung. Politiker können auch aufgrund ihrer geringen wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Kompetenz nur das entscheiden, was ihnen durch ihre Berater und Lobbyisten zugetragen wird. Bedauerlich ist dabei dann aber, wenn sie durch Vorteilsnahme in bestimmte Richtungen gelenkt werden. Doch aktuell können wir sicher sein, dass jede neue Technik auf den Weg zur Energiewende helfen kann. Sackgassen kann und wird es geben. Doch keine weiß heute, welche Idee in eine Sackgasse führt. So haben verschiedene Techniken ihre Berechtigung.

Techniken

Eine dieser Techniken ist die Referenzfabrik.H2. Es ist ein Produktionssystem, das auf physischen und virtuellen Komponenten beruht. Darin werden ein Referenzdesign und neue Technologielösungen geschaffen bzw. bestehende optimiert. Parallel werden digitale Zwillinge von den Produktionselementen entwickelt und in einer virtuellen Architektur verankert. Dadurch entsteht ein Baukasten von Technologien, die verglichen und flexibel zu Prozessketten kombiniert werden. „So können regionale Kompetenzen und Infrastrukturen besser genutzt und die Industrie stärker bei der Entwicklung eingebunden werden. Dies beschleunigt den Transfer der Lösungen in die Industrie“, sagt Dr. Ulrike Beyer, Leiterin der Wasserstoff-Taskforce am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und Koordinatorin des Projekts. „Im Prinzip bauen wir eine B2B-Plattform auf, in dem wir die Kernkompetenzen der Fraunhofer-Institute und der beteiligten Partner zu einer hoch effektiven Wertschöpfungskette für Wasserstoffsysteme fusionieren und somit potenziellen Interessenten einen ganzheitlichen Überblick zu den wirtschaftlichen Chancen verschaffen“, so Beyer. Die virtuellen Abbilder bieten den Forschungsteams die Möglichkeit, die Vernetzung neuer Produktionsverfahren und -anlagen zu simulieren und bereits am Rechner im Detail zu prüfen, zu vergleichen und so die geeigneten Materialien, Werkzeuge und Anlagen für eine effektive Fertigung auszuwählen. Auf diese Weise lassen sich Gesamtzusammenhänge bis hin zu kompletten Prozessketten übersichtlich darstellen und die bei der Fertigung der Wasserstoffsysteme entstehenden Kosten bewerten.

Kostengünstige Serienfertigung

Gemeinsames Ziel wird sein: Produktionstechnologien und -anlagen für die kostengünstige Serienfertigung von Brennstoffzelle und Elektrolyseur zu entwickeln, die den Markthochlauf ab 2025 substanziell unterstützen. Die Referenzfabrik.H2 wurde vom Fraunhofer IWU in Chemnitz konzeptioniert und wird gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen betrieben. Eingebunden werden auch die Forschungsinhalte des Fraunhofer-Instituts für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Das Konzept der Referenzfabrik.H2 ist außerdem ein wesentliches Element des Verbunds „FRHY – Referenzfabrik für hochratenfähige Elektrolyseurproduktion“ des Wasserstoff-Leitprojekts des Fraunhofer-Konzepts „H2GO – Nationaler Aktionsplan Brennstoffzellen-Produktion“, in dem 14 weitere Fraunhofer-Institute involviert sind.

Wasserstoffsystem-Produktion

„Herzstück der Wasserstoffsysteme ist der Stack, in dem die Wasserspaltung bzw. die Stromgewinnung ablaufen“, erläutert Beyer. Ein solcher Stack besteht aus mehreren hundert aufeinandergestapelten und verschalteten Einzelzellen, in denen die chemische Energiewandlung abläuft. Aufgrund seiner vielen Wiederholelemente bietet es sich an, die Produktion des Stack in eine industrielle Produktion mit großen Stückzahlen zu überführen und dadurch die Kosten substanziell zu senken. Die Referenzfabrik umfasst Maschinen und Anlagen zur Fertigung der wesentlichen Stack-Komponenten Bipolarplatte (BPP) und Membran-Elektroden-Einheit (MEA). „Das neuartige Konzept ermöglicht, dass die erforderlichen Technologieentwicklungen dezentral jeweils vor Ort erfolgen, so dass eine Umformpresse für BPP in Chemnitz und eine Fertigungsanlage für MEA in Aachen zur Verfügung stehen können. Deren digitale Zwillinge werden zentral in einer gemeinsamen Architektur gesammelt und dort für Verfahrensvergleiche sowie -bewertungen bzw. Prozesskettenbetrachtungen genutzt“, erläutert Beyer. Ziel ist es, einen Baukasten von Technologien zu entwickeln, dessen Einzelkomponenten technologisch und wirtschaftlich bewertet werden können. Somit soll das Investitionsrisiko reduziert und Unternehmen bei der Entwicklung ihres Geschäftsfeldes Wasserstoff unterstützt werden.