Foto: ZSW / Dirk Lässig

Wasserstoff-Forschung

Neue Forschungsfabrik für Brennstoffzellen-Fahrzeuge in Deutschland

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) baut mit dem Projekt Hyfab eine Forschungsfabrik für Brennstoffzellen.

Inhaltsverzeichnis

Nicole Weinhold

Die Verkehrswende braucht die Wasserstoff-Technologie. Damit künftig Lkw, Busse, Seeschiffe oder Züge klimaneutral durch Europa fahren können, rückt Wasserstoff in den Vordergrund. Die für große, schwere Verkehrsmittel könnte dann auf extrem große, schwere Batterien verzichtet werden. Elektromobilität mit Wasserstoff und Brennstoffzellen bietet lautloses und vor Ort emissionsfreies Fahren mit großen Reichweiten und schneller Betankung. Die Technologie könnte überall dort eingesetzt werden, wo heute der Diesel den Markt beherrscht – vom Lkw bis zum Seeschiff.

Um die deutsche Brennstoffzellentechnologie in Richtung Großserienproduktion zu bringen, will das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung ZSW mit dem Projekt Hyfab automatisierte Fertigungs- und Qualitätssicherungsverfahren für Brennstoffzellen-Stacks entwickeln.

Neues Gebäude und 10,5 Millionen Euro Förderung

Hyfab soll mit einem geplanten, 3.600 Quadratmeter großen Gebäude am ZSW-Standort Ulm neben der Automobil- und Brennstoffzellen-Zulieferindustrie auch Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau einbinden. Dazu fördert das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg den Aufbau der Infrastruktur mit 10,5 Millionen Euro. „Brennstoffzellen bieten ein großes Potenzial zur CO2-Reduzierung im Verkehr und für die nationale Wertschöpfung. Das Projekt Hyfab trägt maßgeblich dazu bei, dass unsere Unternehmen in Baden-Württemberg von dieser wichtigen Zukunftstechnologie profitieren und die Potenziale optimal erschließen können", so Baden-Württembergs Landeswirtschaftsministerin Nicole Hoffmeister-Kraut. Auch für die zahlreichen kleinen und mittleren Betriebe im Land ergäben sich hier Möglichkeiten, als Zulieferer zu partizipieren.

Automatisierte Fertigungsprozesse wie bei automobilen Großserienproduktion

„Mit Hyfab entsteht eine offene, flexible Forschungsplattform zur Herstellung von Hochleistungsbrennstoffzellen“, sagt Ludwig Jörissen, kommissarischer Leiter der Brennstoffzellen-Forschung am ZSW. „Die Möglichkeiten gehen von der Qualifikation von Materialien, Komponenten und Brennstoffzellen-Stacks über automatisierte Fertigungsprozesse bis zu den Test- und Qualitätssicherungsverfahren, wie sie zur automobilen Großserienproduktion mit einem Volumen von 200.000 Fahrzeugen gefordert sind.“

Hochleistungsbrennstoffzellen-Stacks bestehen aus hunderten von Einzelzellen, mit Membran-Elektroden-Einheiten mit zehn Mikrometer dünnen Membranen. Diese werden mit Bipolarplatten mit knapp einem Millimeter Bauhöhe und filigranen Gasverteilerstrukturen sowie den Gasdiffusionslagen aus porösem Kohlefaservlies aufeinander abgestimmt, geprüft und mit höchster Präzision zu einem Stapel – dem sogenannten Brennstoffzellen-Stack – zusammengefügt. Hierfür bedürfe es laut ZSW grundlegend neuer Produktionsprozesse für eine künftige Massenproduktion.

Weltweit einzigartige Forschungsplattform

Mit Hyfab entstehe eine weltweit einzigartige Forschungsplattform, die einen modularen und weitestgehend format- bzw. bauteilflexiblen Ansatz verfolge. Dadurch ließen sich einzelne Prozessschritte für verschiedene Brennstoffzellen-Stack-Designs voneinander unabhängig entwickeln. Der Schwerpunkt der Arbeiten liege auf der Entwicklung von Einzelprozessen zur Qualifizierung, Handhabung, Herstellung und Qualitätssicherung von Materialien, Komponenten und Brennstoffzellen-Stacks.

Hyfab biete Unternehmen Orientierung beim Einstieg in die Brennstoffzellentechnologie sowie bei der zügigen Umsetzung von Produkten. In der ersten Phase wird das ZSW in Ulm um ein Gebäude für die Anlagen zur automatisierten Material- und Komponentenqualifizierung sowie zur Erforschung der Assemblierung von Membran-Elektroden-Einheiten erweitert.

Bis Januar 2020 stieg die Zahl wasserstoffbetriebener Brennstoffzellenfahrzeuge auf rund 19.000 Einheiten weltweit. Iveco will den Elektro- und Brennstoffzellen-Lkw Nikola Tre ab 2021 im Ulmer Werk produzieren und bis 2023 erste Modelle ausliefern. In der Schweiz sollen 1.600 Schwerlast-Lkw von Hyundai Hydrogen Mobility (HHM) bis 2025 unterwegs sein. Darüber hinaus sind an mehreren Orten Busse sowie erste Nahverkehrszüge im Linienverkehr mit Wasserstoff unterwegs.

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