Was die Wasserstoff-Forschungsfabrik im Chemnitzer Fraunhofer-Institut schon alles kann

Wasserstoff-Technik ist oft teuer, weil die Einzelteile in geringer Stückzahl hergestellt werden. Für einen Durchbruch braucht es industrielle Fertigung, die gerade in Chemnitz entwickelt wird.

Die Strukturen der Bipolarplatten werden im IWU kontinuierlich mittels Hohlprägeverfahren in das Blech gedrückt, also ohne Pausen. „Ein Vorteil des Hohlprägewalzens sind die höheren Prozessgeschwindigkeiten. Pro Minute lassen sich bis zu 120 Bipolar-Halbplatten fertigen“, sagt Gruppenleiter Robin Kurth. Die Chemnitzer Maschine, die gemeinsam mit der Firma Profiroll aus Bad Düben entwickelt wurde, soll vom 22. bis 26. April auf der Hannover-Messe 2024 präsentiert werden.

Zwei Wasserstoff-Forschungszentren in Chemnitz

Das IWU an der Reichenhainer Straße ist mit seiner Wasserstoff-Forschungsfabrik (offizieller Name: Referenzfabrik H2) nicht nur zeitmäßig dem geplanten Wasserstoffzentrum (HIC) auf dem Technologiecampus voraus, auch im eigentlichen Forschungsgebiet wird das IWU einen Schritt vorne liegen. Denn während im HIC die Entwicklung praktischer Mobilitätsanwendungen im Fokus stehen soll, geht es im IWU um die Optimierung der Produktion. „Derzeit verhindert die teure Herstellung unter anderem der Bipolarplatten die Anwendung der Wasserstofftechnologie und somit beispielsweise den breiten und kostengünstigen Einsatz von Brennstoffzellenautos mit Wasserstoffantrieb“, sagt Pressereferent Andreas Hemmerle.

Die Herausforderung beim Zusammenschweißen der Komponenten einer Bipolarplatte: Bei einem einzigen Hohlraum, einem Loch oder einer Unregelmäßigkeit in der Schweißnaht ist das gesamte Bauteil undicht. Deshalb haben die Chemnitzer gemeinsam mit dem Maschinenhersteller Steigerwald Strahltechnik aus der Nähe von München das Prinzip des Elektronenstahlschweißens weiterentwickelt.

In den Maschinen steuern Magnetfelder die Elektronen, die mit bis zu zwei Dritteln der Lichtgeschwindigkeit auf das Metall treffen und die beiden Werkstücke verschmelzen. Das Ganze findet unter Vakuumbedingungen statt. „Mit der Vakuumtechnik können wir äußere Einflussfaktoren ausschließen und die aus heutiger Sicht höchstmögliche Schweißnahtqualität erzielen“, erklärt Projektleiter Patrick Urbanek.

Lösungen zur Energie-Absicherung

An der Energieversorgung mit Wasserstoff wird am Fraunhofer-Institut ebenfalls gearbeitet. Auf dem Dach der Forschungsfabrik sind Solarmodule aufgebaut, die bei guter Sonneneinstrahlung bis zu 60 Kilowatt Strom erzeugen können. Das Potenzial soll zeitnah um weitere 110 Kilowatt aufgestockt werden.

Um eine Lösung für sonnenarme Tage zu finden, hat das IWU in ein H2-Kraftwerk am Standort an der Reichenhainer Straße investiert. „Die institutseigene Fotovoltaikanlage liefert grüne Energie, mit deren Hilfe der Elektrolyseur unseres H2-Kraftwerks Wasserstoff erzeugt – durch die Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff“, erklärt Mark Richter, Leiter des Geschäftsfeldes Klimaneutraler Fabrikbetrieb beim IWU. Der erzeugte Wasserstoff wird durch einen Kompressor auf bis zu 300 Bar verdichtet und in insgesamt 72 Tanks gespeichert.

Benötigt die Forschungsfabrik Strom in Zeiten, in denen die Sonne nicht scheint, wird der gespeicherte Wasserstoff in Brennstoffzellen wieder zu Strom. Um zusätzlich die dabei erzeugte Abwärme der Brennstoffzelle zu nutzen, kommt ein Wärmetauscher zum Einsatz. „Die in der Brennstoffzelle produzierte und nicht unmittelbar verbrauchte elektrische Energie kann bedarfsgerecht in einem zusätzlichen Batteriespeicher gespeichert werden“, sagt Mark Richter. „Wir untersuchen konkrete Fragen, um möglichst gute Hilfestellungen für die Planung, Auslegung und Integration solcher Systeme in bestehende Fabriken zu bieten.“ (cma)