Serienproduktion von Elektrolyseuren im Gigawatt-Bereich (SEGIWA)

 

Elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen kann in grünen Wasserstoff, einen Träger chemischer Energie, umgewandelt und auf diese Weise gespeichert werden. Die Umwandlung wird mittels Elektrolyse durchgeführt und stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Klimaneutralität in Deutschland dar. In ersten Bedarfsschätzungen für grünen Wasserstoff des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) wird von mehreren hundert Millionen Tonnen Wasserstoff pro Jahr ausgegangen. Die nationale Wasserstoffstrategie verfolgt vor diesem Hintergrund das Ziel, bis zum Jahr 2030 bis zu fünf Gigawatt Elektrolyse-Kapazität aufzubauen. Damit Deutschland bei Wasserstofftechnologien zukünftig eine führende Rolle einnimmt, fördert das BMBF aktuell die Wasserstoff Leitprojekte »H2Giga«, »H2Mare« und »TransHyDE« mit einem Volumen von insgesamt 740 Millionen Euro.

Im Rahmen des Leitprojektes »H2Giga« wird die Herstellung von Wasserstoff-Elektrolyseuren in Serie untersucht. Diese fußt aktuell auf großen Anteilen manueller Arbeit im Herstellungsprozess und ist mit erhöhtem Kostenaufwand sowie begrenzten Fertigungskapazitäten verbunden. Als Ziel des Projekts wird daher forciert, eine Serienfertigung aufzubauen und Elektrolyseure mit großer Einsatzflexibilität und einem wettbewerbsfähigen Preis zu produzieren. Die Einsatzflexibilität wird durch eine modulare Produktstruktur unterstützt, die es erlaubt, Elektrolyseure an verschiedene Leistungsanforderungen anzupassen.

Im eingegliederten Teilprojekt SEGIWA erforscht das WZL in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung, die Serienfertigung von modularen PEM-Elektrolyseuren. Das Ziel stellt in diesem Kontext die Skalierung der Elektrolyseur-Fertigung zu einer vollautomatisierten Serienfertigung im Gigawatt-Bereich dar. Diese muss außerdem höchsten industrieseitigen Qualitätsstandards genügen. Die Grundlage der Skalierbarkeit bilden die Konzeption und die Implementierung automatisierter Produktionsprozesse auf Basis einer Analyse des Status Quo. Ein stufenweise skalierbares Produktionssystem und Fabrikkonzept sollen Wirtschaftlichkeit und Effizienz eines schnellen Produktionshochlaufs gewährleisten. Eine hohe Wandelbarkeit soll die Anpassbarkeit an mögliche Technologie- und Produktveränderungen sicherstellen. Zur Reduktion von Planungsaufwand und Schnittstellenverlusten zwischen Planung und Betrieb während der Skalierung der Produktion werden neueste Methoden der integrierten, digitalen Produktions- und Fabrikplanung angewendet. Für eine kostengünstige und qualitativ hochwertige Produktion werden Arbeitsschritte verbessert und durch Robotik automatisiert. Herausfordernd sind hierbei insbesondere Optimierungen der Beschichtungsvorgänge sowie die Stabilität der Elektrolyseurkomponenten.

Während der Projektlaufzeit werden Daten an interdisziplinär festgelegten Schnittstellen erhoben und analysiert, um die Prozesse der Fertigung sichtbar, auswertbar und optimierbar zu machen. Um Potenziale der Produktions- und Fabrikplanung langfristig nutzbar zu machen, wird ein digitales Fabrikmodell bereits bei Projektstart entwickelt, fortwährend gepflegt und ausgebaut. Die schnittstellenorientierte Zusammenarbeit zwischen Industrie- und Forschungspartnern anhand der Modullandkarte des Aachener Fabrikplanungsvorgehens bildet im Projektmodus die Grundlage, um zielgerichtet Projekterfolge zu realisieren. So können Produktion, Produktions- und Fabrikplanung sowie IT-Systeme und deren Planung eng zwischen den Konsortialpartnern abgestimmt werden.