Industrieller Maßstab im Fokus: Fraunhofer ISE skaliert MEA-Fertigung für Nutzfahrzeuge und Elektrolyse-Anlagen

Freiburg - Mit Blick auf den wachsenden Bedarf an emissionsfreien Antriebssystemen und grünem Wasserstoff hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE eine neue Forschungsplattform für die Produktionsforschung an Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) entwickelt.

Diese steht Komponentenherstellern sowie Maschinen- und Anlagenbauern für Produktionsfragen in diesen Technologien zur Verfügung.

Angesichts der steigenden Nachfrage, etwa durch den geplanten Einsatz von Brennstoffzellen in Nutzfahrzeugen, stoßen heutige Produktionskapazitäten an ihre Grenzen. Allein für 20.000 Lkw mit Brennstoffzellenantrieb wird ein jährlicher Bedarf von rund 1,2 Millionen Quadratmetern aktiver MEA-Fläche erwartet (d.h. 30 m2 Membran- und 60 m2 Katalysatorschicht pro Fahrzeug). Auch für den Elektrolysehochlauf werden pro Gigawatt Zubau 25.000 bis 35.000 m² katalysatorbeschichtete Membran benötigt. Diese Mengen sind mit heutigen Herstellungsverfahren jedoch nicht erreichbar. Für den erwarteten Markthochlauf müssen bestehende Anlagenkonzepte angepasst und skalierungsfähige Produktionsmethoden entwickelt werden.

Um solche Volumina industriell umsetzen zu können, entwickelt das Fraunhofer ISE kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Verfahren, die eine Durchlaufgeschwindigkeit von bis zu zehn Metern pro Minute ermöglichen sollen. „Wir sind das weltweit einzige Forschungsinstitut, das Produktionsanlagen in industriellem Maßstab inklusive Mikrostrukturanalyse und Charakterisierung von MEAs im Teststand zur Verfügung hat, was einen schnellen Transfer aus dem Labor in die Fertigung erlaubt“, so Ulf Groos, Abteilungsleiter Brennstoffzelle.

Neben der reinen Herstellung steht auch die Qualitätssicherung im Fokus. „Trotz des durchlaufenden Prozesses können wir Veränderungen im Produktionsprozess und deren Auswirkungen auf spätere Prozessschritte oder die Produktqualität nachvollziehen. Wir nutzen dafür ein Track & Trace-System, das regelmäßig Markierungen an den Produkten setzt“, erläutert Projektleiterin Linda Ney vom Fraunhofer ISE. Die auf der Pilotanlage prozessierten MEAs werden zudem in Brennstoffzellen unter variierenden Betriebsbedingungen auf ihre Performance hin getestet.