Chance Wasserstoff-Technologie

Großes Zukunftspotenzial: Es ist tatsächlich eine große, sehr konkrete Chance vor allem für Umformtechniker, ihr Portfolio jetzt mit Anlagen zur Erzeugung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren (Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff) schon jetzt deutlich zu erweitern, betonte Dr. Hermann Uchtmann, Head of Battery Mass Production Solutions in der Division Battery bei der Schuler Group in Göppingen, während des 20 Werkzeugbau-Kolloquiums in Aachen Ende Oktober. Demnach bietet die Schuler Group bereits heute komplett funktionsfähige Anlagen zur Herstellung von Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren an.

Denn gerade der Brennstoffzelle prognostiziert Schuler auf Basis einer Studie von McKinsey (2021) eine lukrative Zukunft: Die Marktgröße soll von momentan 1,1 Mrd. US-Dollar bis 2026 auf 3 Mrd. wachsen und dann bis 2030 auf 13,3 Mrd. um jährlich 45% zulegen. Größte und lukrativste Märkte seien China und Europa. Weiteres Indiz für das Wachstum sei die Entwicklung der Elektrolyseurprojekte, deren installierte Kapazität bis 2030 weltweit auf rund 93 GW steigen soll, momentan sind rund 6 GW global installiert.

Zukünftig sind nach Angaben von Hermann Uchtmann effiziente Speichertechnologien nötig, da bis 2050 vor allem in Sommermonaten mit einer Stromüberproduktion in Deutschland gerechnet wird. Wasserstoff sei ein geeignetes Speichermedium für grünen regenerativ erzeugten Strom. Dezentrale Containerlösungen zur Wasserstoffherstellung oder Notstromversorgungen seien bereits verfügbar. Für die Herstellung der Bipolarplatten, von denen 300 bis 400 Stück pro Stack benötigt werden, empfiehlt Hermann Uchtmann nicht die graphitische, sondern die metallische Variante, die zwar heute noch eine begrenzte Lebensdauer von 10.000 h hätte, aber vor allem wegen der geringeren Materialdicke, des Gewichts und deutlich niedrigeren Produktionskosten mittels Umformen und Schneiden gegenüber der spritzgegossenen oder pulvergepressten grafitischen Bipolarplatte (20.000 h LD) punktet.

Drei umformende Fertigungsverfahren für Bipolarplatten stehen momentan in der engeren Wahl: Flachprägen und Tiefziehen für hohe Oberflächengenauigkeiten, kurze Zykluszeiten, aber mit hohen Werkzeugkosten für die metallischen Stempel und Matrizen; Hydroforming für reduzierte Reibung, große Umformgrade, kleine Toleranzen, aber mit großen Zykluszeiten und einem nachträglichen Reinigungs- und Trockungsprozess; drittes Umformverfahren ist das Rotationsprägen mit extrem hoher Produktivität, Fließ- statt Taktfertigung, aber wenig erforschten Standzeiten der Schneid- und Prägewalzen, da nur wenige Projekte bis dato am Fraunhofer IWU und IPT durchgeführt wurden. Schuler bietet derzeit drei Bipolar Plate Production Lines (BPL) an, berichtet Hermann Uchtmann.

Für die zu erwartende Großserienfertigung von Bipolarplatten wird derzeit wird derzeit die BPL 50 favorisiert, die Schuler für die Großfertigung von bis zu 20 Mio. Bipolarplatten und damit bis zu 50.000 Brennstoffzellen pro Jahr ausgelegt hat. Pro Minute können bis zu 60 vorgefügte Bipolarplatten mit servomechanisch oder konventionell angetriebenen Kniehebelpressen mit zweiseitiger Materialzuführung bei bis zu 2.500 t Presskraft gefertigt werden. Schuler empfiehlt die BPL 25 für bis zu 10 Mio. BPP und 25.000 Brennstoffzellen mit einseitiger Zuführung und bis zu 2.000 t Presskraft. Nur geeignet für kleine bis mittelgroße Serien sei demnach die BPL-Flex-Variante mit hydraulischer Presse und hoher Flexibilität für bis zu 25 BPP-Hälften pro Minute. „Die BPL-Flex empfehlen wir wegen der großen möglichen Presskraft von über 20.000 t vor allem für großformatige Bipolarplatten, wie sie vor allem bei Elektrolyseuren verbaut werden“, erklärt Hermann Uchtmann.

Highlight sei natürlich die große und zweckmäßig automatisierte BPL 50, die gleichzeitig von einer linken und rechten Haspel mit dem Material für Anode und Kathode beschickt wird, die dann abgetrennt, vorgeschnitten, geprägt und fertiggeschnitten werden, bevor die BPP-Hälften vorgefügt und anschließend seitlich ausgeschleust werden. Als Pressenlösungen bietet Schuler eine servomechanische oder eine konventionell angetriebene Kniehebelpresse der Triton-Baureihe an, deren Presskräfte bei einer Tischgröße von 4x1,2 m zwischen 630 bis 2.500 t liegen. Hoch, so Hermann Uchtmann, seien aber auch die Anforderungen an Material und Maschinen: „Es gilt, Edelstahl 1.4404 mit einer Materialdicke von 70 bis 100 µm tiefzuziehen bei Kanalabständen von 1,2 mm, möglichst steilen Winkeln der Kanalwände und möglichst hoher Ebenheit. Daher empfehlen wir in der Regel tatsächlich die mehrstufige Umformung.“

Vorteilhaft sei der zweistufige Umformprozess mit Vorzug und Fertigzug, bei dem die Vorverteilung des Materials optimal ist und eben nicht wie beim einstufigen Prozess bis zu 40%ige Materialausdünnung an Ziehradien zu erwarten ist. Demnach sei der einstufige Prozess tatsächlich für viele Kundenanforderungen ungeeignet. „Wir empfehlen den ganz klar den zweistufigen Prozess, den wir in einer kompletten Turnkey-Anlage mit nachgeschalteter Reinigungs- und Laserschweißstation, Dichtheitsprüfung und Beschichtungsanlagen mit unseren Kooperationspartnern Thyssenkrupp Automation Engineering und Andritz Soutec schlüsselfertig anbieten.“ Mehr zur Wasserstoff-Technologie von Schuler finden Sie auf der Website hier.