Verbundprojekt für Brennstoffzellen der Zukunft: BiPro2Scale

Das Vorhaben adressiert die Entwicklung von PEM-Brennstoffzellen für einen Leistungsbereich von mindestens 1 Megawatt für Luftfahrt, maritime Anwendungen und Schienenverkehr sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme. PEM-Brennstoffzellen, die derartige Leistungsbereiche abdecken, können nur mit hochskalierten Bipolarplatten (BPP) mit einer Fläche von mindestens 1000 cm² erreicht werden, für die eine Produkt- und Prozessentwicklung völlig neu gedacht werden muss.

Im Projekt werden aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für Medienzufuhr und -verteilung innerhalb der BPP und des Stacks erarbeitet sowie Umform- und Fügeverfahren sowie Beschichtungs- und Dichtungskonzepte erarbeitet, die notwendig sind, um solche BPP zu realisieren.

Neun Unternehmen und Institutionen sind an dem Projekt beteiligt: CellForm Hydrogen GmbH & Co. KG, Matthews International GmbH, VON ARDENNE GmbH, Weil Technology GmbH, C-marx GmbH, ZELTWANGER Holding GmbH, HoKon GmbH & Co. KG, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und Universität Stuttgart, Institut für Umformtechnik (IFU).

Zusätzlich wird das Projekt von 11 assoziierten nationalen und internationalen Beteiligten unterstützt, zu denen die Unternehmen Zeppelin Power Systems GmbH, H2FLY GmbH, TRUMPF SE & Co.KG, SIEMENS, Wickeder Westfalenstahl GmbH, ZAPP Precision Metals GmbH, Raziol Zibulla & Sohn GmbH, HYDAC International GmbH, Enapter GmbH, Electric Hydrogen GmbH & Co. KG, Altair Engineering GmbH gehören.

Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen der Förderrichtlinie „Angewandte nichtnukleare Forschungsförderung“ im 8. Energieforschungsprogramm „Innovation Energiewende“.

Projektziel

Das Verbundprojekt BiPro2Scale hat das Ziel, ein innovatives Konzept für großflächig hochskalierte, metallische BPP aus fertigungstechnischer Sicht energieeffizient und kostengünstig umzusetzen. Durch diese skalierbare BPP soll perspektivisch eine bisher nicht erreichte Leistung von über 1 MW in einem einzelnen Stack ermöglicht werden. Gleichzeitig sollen alternative Werkstoffe für die metallische BPP, die Beschichtung sowie die Dichtung untersucht und verwendet werden, um die Lebensdauer der Stacks deutlich zu erhöhen.

Im Fokus des Vorhabens steht somit der ganzheitliche Wertschöpfungsprozess der BPP, beginnend beim Folienhalbzeug und dessen Umformung zu Bipolar-Halbplatten (BHP), über das Fügen der einzelnen Halbplatten bis hin zur Dichtheitsprüfung und Beschichtung der BPP im gefügten bzw. montierten Zustand. Betrachtet werden sowohl die einzelnen Fertigungsschritte als auch deren technischen und finanziellen Wechselwirkungen zueinander. Das zu entwickelnde Flow-Field Konzept für großflächig skalierte BPP wird stetig unter Gesichtspunkten der Produktperformance, aber auch einer nachhaltigen und wirtschaftlichen Produktion bewertet. Zur Erreichung dieses Gesamtziels wird die Vorgehensweise, wie nachfolgend dargestellt, vom Konsortium verfolgt.

Bedeutung und Ausblick

Das erarbeitete Know-how zur Fertigung großflächig skalierter BPP wird in einem virtuellen Fertigungskonzept zusammengefasst und Potentiale für eine industrielle Serienproduktion eruiert. Durch die Zusammenarbeit des Konsortiums, das renommierte Beteiligte aus Industrie und Wissenschaft miteinander vernetzt, kann das Verbundprojekt BiPro2Scale zum Wegbereiter für die industrielle Fertigung von skalierten BPP für PEMFC mit einem Leistungsbereich von über 1 MW werden. Mit Blick auf die gesamten Treibhausgasemissionen der EU eröffnet dies ein Einsparpotential von über 8% - Tendenz steigend. Alle beteiligten Industrieunternehmen sehen die Ergebnisse dabei als Teil ihrer zukünftigen Strategie und planen, die aufgebauten technischen Systeme in ihren Geschäftsbereichen zu implementieren, um so neue Märkte zu erschließen.

Außerdem fungiert jeder der Projektbeteiligten sowohl während der Dauer des Projektes als auch nach dessen Laufzeit als Multiplikator für die erzielten Ergebnisse. Das heißt, jeder dieser Beteiligten wird seine Innovation in die Brennstoffzellenbranche direkt transferieren.

Weiterhin werden die akademischen Beteiligten im Konsortium die Ergebnisse zumindest teilweise in Fachjournalen sowie in Form von Fachbeiträgen auf nationalen und internationalen Tagungen bzw. Konferenzen veröffentlichen, um so die Sichtbarkeit der beteiligten deutschen Institutionen in Forschungsbereichen der Brennstoffzellentechnologie sowohl im nationalen als auch internationalen Umfeld zu steigern.

Durch die Beteiligung der Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen wird zudem ein zielführender Kompromiss zwischen Innovation und Realisierbarkeit der technologischen und wissenschaftlichen Projektziele gewährleistet. Somit wird sichergestellt, dass die erarbeiteten wissenschaftlichen Inhalte hinsichtlich BPP-Design, Simulationsmethoden und Fertigungsverfahren zeitnah in die Anwendung transferiert werden können und den Anforderungen und Zielen der beteiligten Industrieunternehmen entsprechen.

Quelle: Weil Technology GmbH   / Vorschaubild: Pixabay