Investigadores alemanes de varios centros del Instituto Fraunhofer están trabajando en un nuevo proyecto de investigación a gran escala, cuyo objetivo es reducir los costes de producción de electrolizadores para hidrógeno verde en más de una cuarta parte. Para ello, están construyendo una fábrica de referencia en la que podrán desarrollar y probar nuevos procesos de producción durante los próximos cuatro años.
Los mejores y más económicos procesos se simulan de forma totalmente virtual en paralelo y se transfieren a un kit de tecnología que permite a las empresas industriales comprobar con precisión qué costes de producción deben esperar para determinados tipos de electrolizadores antes de planificar una producción.
El hidrógeno es un componente importante en la transición de la industria y el transporte a las energías renovables. Para producirlo a precios de mercado y al mismo tiempo de forma climáticamente neutra, se deben utilizar electrolizadores. Con las tecnologías disponibles hasta ahora, la producción en masa sería demasiado cara y no competitiva. Aquí es donde entra la fábrica de referencia. Porque la investigación de materiales más baratos, la calidad de los componentes, la longevidad, las mejores tecnologías de producción, la escalabilidad de los procesos de producción, su automatización, la interconexión de las líneas de producción, el establecimiento de cadenas de suministro eficientes y la planificación de la fábrica deberían hacer rentable la producción a gran escala.
Gemelos digitales
Los mejores y más económicos procesos de producción se reproducen completamente de forma virtual para un pool de innovación. Se habla de los llamados "gemelos digitales". Con ellos, los procesos de producción y la combinación de nuevos sistemas de producción se pueden calcular y verificar a fondo en la computadora. "Estamos construyendo una biblioteca digital de procesos de fabricación de electrolizadores a prueba con los que los costes de inversión e incluso el retorno de la inversión se pueden determinar de antemano en función del volumen de producción planificado, el rango vertical de fabricación y la variante de fabricación", dice Ulrike Beyer, directora del grupo de trabajo sobre hidrógeno en el Instituto Fraunhofer de Máquinas Herramientas y Tecnología de Conformado IWU y coordinadora del principal proyecto de investigación. El sistema de tecnología modular resultante dará un impulso real a la industria de los electrolizadores.
Los investigadores de Fraunhofer están convencidos de que la mejor manera de hacer que el hidrógeno verde sea de aplicación generalizada es establecer su producción como un modelo de negocio competitivo. Sin embargo, actualmente hay muy pocos fabricantes de electrolizadores en el mercado y tienden a atender mercados especializados con pequeñas cantidades. Todavía falta un mercado nacional sólido para las tecnologías del hidrógeno. El liderazgo tecnológico en esta industria puede ayudar a desarrollar dicho mercado. Eso fortalecería aún más a Alemania como ubicación comercial, también en términos de exportaciones.
Además de Fraunhofer IWU, otros cuatro institutos de Fraunhofer-Gesellschaft contribuyen con su experiencia: el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción IPT en Aquisgrán, el Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA en Stuttgart, el Instituto Fraunhofer de Nano Sistemas Electrónicos ENAS en Chemnitz y el Instituto Fraunhofer de Microestructura de Materiales y Sistemas IMWS en Halle (Saale). Juntos recibirán una financiación de 22 millones de euros hasta 2025 del proyecto de hidrógeno de plomo "H 2 Giga" del gobierno federal. Comprende un total de 30 asociaciones y 130 socios industriales y de investigación.
El Fraunhofer IWU contribuye a la investigación de los procesos de laminación de placas bipolares (BPP) en Chemnitz. El nuevo proceso de laminación de múltiples pasadas implementará las geometrías de los canales en los ánodos y cátodos de acuerdo con los requisitos de calidad. El objetivo es lograr una producción de alta velocidad. Esto significa que hay un proceso de fabricación disponible para aumentar la producción de electrolizadores que puede entregar cantidades de BPP correspondientes a la producción en serie.
La funcionalización mediante haces de electrones, que está ligada al proceso de conformación, permitirá insertar microestructuras para aumentar la vida útil y mejorar la eficiencia de un electrolizador. Además, se seguirá desarrollando el control de calidad posterior. También el apilamiento, es decir, el apilamiento cerrado de las placas bipolares, debería ser posible con una frecuencia más alta y un mayor grado de automatización. La calidad de las pilas fabricadas de esta manera se está probando en los laboratorios de hidrógeno de Fraunhofer en Görlitz y Leuna (en la foto que ilustra la información) que se está construyendo actualmente.
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