De Green Deal van de EU zet vol in op waterstof. In de opkomende waterstofeconomie wil Duitsland een leidende rol spelen en verenigde Fraunhofer-onderzoeksinstituten gaan daaraan bijdragen met hun Wasserstoff-Roadmap. Een grote uitdaging is de industrialisering van de productie van de benodigde electrolyzers en brandstofcellen. Fraunhofer IPT doet daarvoor onderzoek naar meerdere productietechnieken en de koppeling van processen tot een complete productieketen.
Fraunhofer IPT: ‘We moeten in Europa binnen een paar jaar tot massaproductie komen’
Waterstof past uitstekend in een energievoorziening met zon en wind. Bij overschotten, als de wind hard waait of de zon fel schijnt, kan met de opgewekte elektriciteit waterstof worden geproduceerd in electrolyzers. Het waterstof kan, na transport, bijvoorbeeld worden getankt door brandstofcelauto’s. Brandstofcellen ‘verbranden’ waterstof met zuurstof en dat levert, naast elektrische energie, alleen water op – uiterst schoon dus. Cruciaal is nu opschaling, van de infrastructuur (zoals waterstoftankstations) en de productie van electrolyzers en brandstofcellen. Een brandstofcel voor een elektrische auto heeft bijvoorbeeld 400 cellen, die elk bestaan uit twee zogeheten bipolaire platen. Voor miljoenen brandstofcelauto’s moeten er dus miljarden platen worden gemaakt.
Innovatie versnellen
Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aken voorzag vijf jaar geleden al dat productietechnologie cruciaal zou worden voor de energievoorziening van de toekomst, vertelt managing director Christoph Baum. ‘We zijn gaan kijken naar energieopslag en -gebruik en zijn onderzoek gestart op twee gebieden: lithium-ionbatterijen en waterstof. In waterstofprojecten doen we onderzoek naar de productie van componenten en systemen en ontwikkelen we concepten voor de gehele procesketen. Er zijn al veel prototypes, maar vaak is er nog geen grootschalige productie. Het is ook niet altijd duidelijk wat daarvoor de beste productieroute is. Wij doen daar onderzoek naar en om de innovatie te versnellen helpen we producenten van componenten met design for manufacturing.’
Biba Visnjicki. Foto: Arjan Reef
Hogesnelheidsautomatisering
In het vorig jaar gestarte project FlyGo werkt Fraunhofer IPT samen met Duitse partners. Het is gericht op de productie van bipolaire platen, die goed zijn voor bijna de helft van de totale productiekosten van brandstofcellen. ‘Wij zoeken daarom naar low-cost, high-quality productie.’ Hoge kwaliteit moet vanwege de eisen aan de afwerking van de complex gevormde platen van titanium of rvs. Daarbij komen bewerkingen als vormen, lasersnijden, laserlassen en microfrezen (van de mallen voor het vormproces) kijken. In FlyGo onderzoekt Fraunhofer IPT bijvoorbeeld heat-assisted metal forming. De uitdaging daarbij is te voorkomen dat de dunne platen gaan scheuren. Voor electrolyzers bestudeert IPT onder meer nieuwe coatingprocessen. ‘Voor grootschalige productie zijn nieuwe low-cost coatingroutes nodig. Ook automatiseringsoplossingen voor de verschillende processtappen ontbreken nog. Met de huidige standaardequipment lukt het niet; er is gespecialiseerde hogesnelheidsautomatisering nodig.’
Blijf op de hoogte van nieuws uit de industrie, Lees Link magazine digitaal of vraag een exemplaar aan info@linkmagazine.nl
Nederlandse deelname
Fraunhofer IPT werkt in projecten ook internationaal samen. Baum verwacht dat dat door de Europese Green Deal nog zal toenemen, met nieuwe projecten in het Horizon 2020-onderzoeksprogramma. Het Fraunhofer Project Center for Advanced Manufacturing Technologies and Solutions (FPC) in Enschede, een initiatief van IPT en de Universiteit Twente (UT), is nog niet betrokken bij de waterstofactiviteiten van IPT. Wat Baum betreft gaat dat wel gebeuren. ‘We hebben al goede ervaringen met het FPC in projecten rond Industrie 4.0, additive manufacturing en productie van geavanceerde optiek.’ Samen met zijn partners, UT en IPT, wil het FPC ruimte bieden aan Nederlandse bedrijven voor deelname aan EU-programma’s en – belangrijker nog – het volgen van een eigen ontwikkelpad. Dat laatste kan via nationale en regionale programma’s zoals het Advanced Manufacturing Programme, meldt FPC-directeur Biba Visnjicki. ‘We bepalen nu samen met bedrijven, via bestaande initiatieven en rondetafelgesprekken, de onderwerpen voor nieuwe energiegerelateerde projecten. Ook overleggen we met het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT) over gezamenlijke projecten.’ Het (politieke) toeval wil dat een pilotfabriek van Fraunhofer IPT voor lithium-ionbatterijproductie verrijst in Münster (D), net over de grens bij Enschede. Baum: ‘Ik zie daar kansen voor gezamenlijke initiatieven.’
Economische impact
Ook voor brandstofcellen en electrolyzers heeft Fraunhofer IPT al pilotfabrieken in de planning. Dat moet ook wel, aldus Baum, want Europa heeft op waterstofgebied nu nog een voorsprong op China en de VS. ‘Maar we weten dat China snel productiecapaciteit kan opschalen. Dus moeten we in Europa binnen een paar jaar tot massaproductie komen. Dan heeft het niet alleen een ecologische maar ook een economische impact. Alleen door de competenties voor systeemontwikkeling te verbinden met onze competenties voor de productie van componenten kunnen we op wereldschaal competitief blijven.’
