Brennstoffzellen-Produktionsanlage

Schuler, Thyssenkrupp Automation Engineering und Andritz Soutec liefern schlüsselfertig die komplette Prozesskette zur jährlichen Produktion von bis zu 50.000 Brennstoffzellen. (Bild: Andritz Soutec)

Gasbatterie nannte sie der Chemiker Christian Friedrich Schönbein, als er sie 1838 erfand. Auf den großen Durchbruch der Brennstoffzelle im mobilen Einsatz setzt über 160 Jahre später ein Jurist. Verkehrsminister Volker Wissing fördert seit Kurzem mit 80 Millionen Euro die Lkw-Brennstoffzellenproduktion, den ein Zusammenschluss von 19 Fraunhofer-Instituten im Projekt H2GO – Nationaler Aktionsplan Brennstoffzellenproduktion in die Tat umsetzen soll.

VDA setzt auf Wasserstoffantrieb

Die deutsche Automobilindustrie steht hinter dem Projekt H2GO, denn sie sieht es laut einem VDA-Sprecher als Schritt in die richtige Richtung an, „denn Wasserstoffantriebe sind eine Schlüsseltechnologie, um schwere Fahrzeuge über längere Strecken klimaneutral zu fahren“.

Wie das bei Brennstoffzellen geht, erfuhren im September 70 Produktionsfachleute in Aachen auf dem LKH2 Laserkolloquium Wasserstoff des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT: Sie interessierte vor allem, wie sich im Sekundentakt Bipolarplatten prozesssicher fertigen lassen. Hier ist der Großserien-Einsatz gefragt, denn die Nachfrage wächst: Der Bedarf ist hoch. Eine Brennstoffzelle, der sogenannte Stack, benötigt außer der Membran-Elektroden-Einheit rund 300 bis 400 Bipolarplatten (BPP).

Dazu muss das Tempo der Produktionsanlagen enorm steigen, denn nur so lassen sich die extrem hohen Kosten von aktuell rund 300 bis 400 Euro pro Kilowatt auf 32 Euro senken. Ein wichtiges Mittel zum Zweck ist der Laser, denn mit ihm lassen sich die 70 bis 100 Mikrometer dünnen Metallplatten präzise schneiden und prozesssicher zu gasdichten Stacks verschweißen. Aachener Wissenschaftler erforschen im neu gegründeten Wasserstofflabor die gesamte Prozesskette, denn der Teufel steckt hier im Detail: So entwickelte das Fraunhofer ILT einen Sensor, der beim Mikroschweißen von BPP mit einem sogenannten siamesischem neuronalen Netzwerk das Entstehen von Spritzern frühzeitig erkennt.

Laser-Doppelstrahl verhindert Humping-Effekt

In Aachen ging es auch um den berüchtigten Humping-Effekt beim Laserschweißen: Bei hohen Schweißgeschwindigkeiten hebt sich das Schmelzbad und perlt; die Naht wird undicht. Als Gegenmaßnahme empfahl Jan Weberpals, Laserschweiß-Experte bei Audi in Neckarsulm, das ARM-Verfahren des Laserherstellers Coherent. ARM steht für Adjustable Ring Modulation: das modulierte Zusammenspiel des zentralen Strahls mit einem Laserring. Durch gezieltes Verändern der Intensität der beiden Laserstrahlen gelang es Weberpals, hauchdünne Bipolarplatten mit einem Tempo von einem Meter pro Sekunde gasdicht und spritzerfrei zu schweißen. Er visiert nun die maximale Geschwindigkeit von 1,2 Metern pro Sekunde an.

Derartige Versuche laufen interessanterweise nicht nur bei Herstellern von Lkw, sondern – siehe Audi – auch bei reinrassigen Pkw-Produzenten. Auf besonderes Interesse stießen daher nicht nur bei den Produktionsfachleuten aus der Automobilindustrie erste Fortschritte in Sachen Stacks-Großserienproduktion. Eine vollständige Prozesskette bietet zum Beispiel die Andritz Soutec AG aus Neftenbach (Schweiz) zusammen mit dem Pressenhersteller Schuler und Thyssenkrupp Automation Engineering an: Ausgelegt ist sie zur Jahresproduktion von 50.000 Stacks mit 15 bis 20 Millionen BPP.

Konservatives Tempo sorgt für Prozesssicherheit

Jede Sekunde eine Platte: Das klingt schnell, denn eigentlich wäre laut Daniel Wenk, Vice President Business&Development bei Andritz Soutec, mehr drin: „Wir schweißen Platten mit acht Lasern konservativ langsam mit einer Geschwindigkeit von 30 Metern pro Minute.“ Den Schweizern geht es dabei vor allem um Sicherheit, denn sie betreten hier Neuland. Wenk hatte daher in Aachen einen Wunsch an das Fraunhofer-Konsortium und die gesamte H2-Community: die Bildung von Arbeitsgruppen zur Entwicklung und Standardisierung – vor allem in Sachen Dichtigkeitsprüfungen.

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