Wasserstoff-Infrastruktur: Zu teuer und kaum verfügbar?

Die vom Fraunhofer IWU entwickelte und orchestrierte Referenzfabrik.H2 mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft hat sich das Ziel gesetzt, Grundlagen für eine großserientaugliche Produktion zu schaffen. In den vergangenen Jahren ist dafür eine umfangreiche Forschungsinfrastruktur entstanden, die verschiedene Entwicklungsschritte entlang der Wertschöpfungskette abbildet.

 

Für die Fertigung von Bipolarplatten, wesentliche Bauteile von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen, setzt die Referenzfabrik.H2 vorrangig auf das Hohlprägewalzen. Dieses Verfahren läuft ohne Pausen ab (kontinuierlich) und ermöglicht so eine Steigerung der Stückzahlausbringung. Letztlich resultieren daraus auch geringere Herstellungskosten pro Bauteil. Um den Faktor 10 reduzierte Prozesskräfte bedeuten außerdem, dass die benötigte Anlagentechnik kleiner, leichter und kostengünstiger dimensioniert werden kann. 

Zum Fügen der wenige zehntel Millimeter dünnen metallischen Bipolarplatten von der Größe eines DIN A4-Blatts sind Schweißnähte mit einer Gesamtlänge von mehr als einem Meter auszuführen, sodass die Schweißgeschwindigkeit maßgeblich für die Fertigungszeit ist. Beim Elektronenstrahlschweißen sind Elektronen das Medium – mehrere elektromagnetische Linsen steuern die negativ geladenen Teilchen, welche mit bis zu zwei Dritteln der Lichtgeschwindigkeit auftreffen und die beiden Werkstücke miteinander verschmelzen.

 

Dieses Verfahren kommt ohne träge Lenkungsmechanik wie beim Laserschweißen aus. Dank der Möglichkeit zur schnellen Ablenkung des Strahls lassen sich mehrere Prozesszonen gleichzeitig bearbeiten, wo bislang eine Fügestelle nach der anderen »abgearbeitet« werden muss. Selbst Vor- und Nachwärmprozesse können nahezu gleichzeitig erfolgen.

Aus qualitativer Sicht spricht außerdem für diese Technik, dass sie unter Vakuumbedingungen zum Einsatz kommt. Diese garantieren konstante Bedingungen ohne störende Schwankungen von Luftdruck oder Luftfeuchtigkeit. Die besondere Herausforderung beim Fügen von Bipolarplatten ist, dass auch nur ein einziger Hohlraum, Loch oder jede andere Unregelmäßigkeit in der Schweißnaht zur Undichtigkeit des gesamten Bauteils führen würde. Es wäre dann nicht mehr verwendbar.

 

Je hochwertiger die Schweißverbindung der Bipolarplatten, desto höher fällt der Wirkungsgrad des Systems aus. Zudem sinkt die Bearbeitungszeit und die Fertigungskosten werden reduziert.

 

Mehrere in Serie geschaltete Zellen bilden ein Stack. Dieser »Stapel« aus Zellen einschließlich aller Dichtungselemente hört in der Referenzfabrik.H2 in der Ausprägung für Elektrolyseure auf den Namen HyVentus. Er wurde speziell für die Massenproduktion konzipiert und ist der erste Schritt für die Herstellung von bezahlbarem Wasserstoff. 

Die Referenzfabrik.H2 kann Elektrolyseur- und Brennstoff-Einzelzellen sowie -Systeme auf Herz und Nieren prüfen – um Leistung, Haltbarkeit, Zuverlässigkeit und andere wichtige Eigenschaften unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu charakterisieren und zu bewerten.

Die Prüfstände in Chemnitz ermöglichen, das Materialkonzept zu validieren, bevor ein Produkt in die Serienfertigung geht. Ein frühzeitig abgestimmtes Material- und Produktionskonzept ist gerade mit Blick auf den zügigen Hochlauf der Großserienfertigung von Wasserstoffsystemen unerlässlich.  

 

Im nationalen Aktionsplan H2GO untersucht der Verbund Stack to Piece, welche Maschinen, Anlagen und Prozesse benötigt werden, um Brennstoffzellensysteme automatisiert montieren und am Ende ihres Produktlebens zerstörungsfrei wieder demontieren zu können. Projektpartner sind die Fraunhofer-Institute IST, IWU, IKTS und IFAM.

 

Im nationalen Aktionsplan H2GO entwickelt der Verbund Stack to Piece Maschinen, Anlagen und Prozesse, um Brennstoffzellensysteme automatisiert montieren und am Ende ihres Produktlebens zerstörungsfrei wieder demontieren zu können. Dazu steht ab Oktober 2025 am Standort Wolfsburg eine Forschungsplattform zur Untersuchung von Stack-Typen bereit. Projektpartner sind die Fraunhofer-Institute IST, IWU, IKTS und IFAM. 

Die Referenzfabrik.H2 verfolgt das Ziel, die Herstellkosten von Wasserstoffsystemen bis 2027 deutlich zu senken. Ob diese Kostensenkungen realisierbar sind, hängt jedoch auch von externen Faktoren ab – etwa dem Ausbau erneuerbarer Energien oder der Geschwindigkeit, mit der Industriepartner die entwickelten Prozesse übernehmen.

Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Ulrike Beyer ist am Fraunhofer IWU seit Januar 2020 Leiterin der Referenzfabrik.H2 als Abteilung und Wertschöpfungsgemeinschaft Wasserstoff-System-Produktion. Der Fokus ihrer Tätigkeit liegt auf der Koordination und der Konzeptionierung von neuen Produktionslösungen für die industrielle Massenfertigung von Wasserstoff-Systemkomponenten für Elektrolyseur und Brennstoffzelle. Zielsetzung der Referenzfabrik.H2 ist es, bei Wasserstoff nicht nur klimapolitische Aspekte in den Blick zu nehmen, sondern auch eine zukunftsfähige industrielle Wertschöpfung und somit die Energiewende zu unterstützen.

 

Hinweis: In unserer forum-Ausgabe 02/2026 wird das Thema Wasserstoff intensive behandelt. Wenn Sie dazu einen redaktionellen Beitrag leisten möchten oder Ihre Lösung präsentieren, wenden Sie sich dafür gerne an Johanna Schwarz.