Saubere Produktion für saubere Mobilität

In Sachen Umweltverträglichkeit hat der Schwerlastverkehr auf der Straße keinen guten Ruf. Zu Recht, denn bisher waren Lastkraftwagen wahre Klimasünder: Etwa 30 bis 40 Liter Diesel verbraucht ein voll beladener Vierzigtonner auf 100 Kilometern. Alternativen gibt es bisher auf Überlandstrecken nicht, denn elektrisch betriebene LKW erreichen nicht die nötigen Reichweiten. Doch eine vielversprechende Technologie steht schon in den Startlöchern: der Wasserstoffantrieb.

Wasserstoff zur Energieerzeugung zu nutzen, ist keine neuartige Idee. Gleichwohl hielt sich das Interesse daran in der Vergangenheit begrenzt, konzentrierte sich die öffentliche Aufmerksamkeit doch auf fossile Brennstoffe und erneuerbare Energien wie Solar- und Windkraft. Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen wurden dagegen bislang eher abgetan, zu kostenintensiv sei ihre Produktion und noch dazu nur in geringen Stückzahlen möglich. Um diesem Einwand zu begegnen, wurde das Projekt »H2GO – Nationaler Aktionsplan Brennstoffzellen- Produktion« ins Leben gerufen. Sein Ziel: Entwicklung und Rollout industrieller Technologien zur wirtschaftlichen Produktion von Brennstoffzellen. Das Gesamtprojekt wird vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr mit einer Summe von etwa 80 Mio. € aus den Mitteln des Zukunftsfonds Automobilindustrie gefördert. Koordiniert wird die Förderung von der NOW GmbH, für die Umsetzung ist der Projektträger Jülich (PtJ) zuständig. Im Fokus steht die Frage nach der Machbarkeit einer Massenfertigung für den straßengebundenen Schwerlastverkehr.

H2GO bündelt die Kompetenzen von 19 Fraunhofer-Instituten in fünf Teilverbünden entlang der Prozesskette bei der Produktion einer Brennstoffzelle. Das Fraunhofer IPK ist Mitglied des Teilverbundes zur Entwicklung von der Halbplatte zur Bipolarplatte. Die zentrale Aufgabe der Fraunhofer-Forschenden ist dabei die Entwicklung eines Reinigungsmoduls für die automatisierte Reinigung von Bipolarplatten.

Hightech in Rein(igungs)form

Die Anforderungen an die automatisierte Reinigung der Bipolarplatten waren den Wissenschaftlern schnell klar: Klimaneutral sollte sie sein, präzise, trocken und rückstandsfrei. Unter diesen Gesichtspunkten fiel die Wahl des Verfahrens auf das neuartige Hochdruck-CO2-Strahlen.

Zur Anwendung dieser Technologie werden die Labore des Fraunhofer IPK um eine neu konzipierte CO2-Reinigungszelle erweitert, in der die Forschenden im Zuge des Projekts und über dieses hinaus experimentieren und entwickeln können. Mithilfe von Fördermitteln in Höhe von etwa 1,5 Mio. € soll die Zelle mit Technologien der CO2- Reinigung ausgestattet werden, die dem neuesten Stand der Technik entsprechen.

Beim Hochdruck-CO2-Strahlen wird flüssiges Kohlendioxid bei einem Druck von bis zu 4000 bar als Strahlmedium verwendet. Mit dem Kohlendioxidstrahl werden Oberflächen vor und nach den einzelnen Prozessschritten schonend gereinigt, ohne vorhandene Beschichtungen zu beschädigen. Verunreinigungen können durch den variabel einstellbaren Strahldurchmesser präzise entfernt werden. Durch dieses Verfahren kann der thermische Einfluss auf die sensible Bipolarplatte geringgehalten werden.

Neben der CO2-Hochdruck-Technologie finden neueste Verfahren zur Reinigung mit Schneestrahlen und Trockeneisstrahlen in der CO2- Reinigungszelle Platz. Zur präzisen und automatisierten Reinigung wird die Zelle mit einem Industrieroboter ausgestattet. Zusätzlich ist eine Führung der Strahlanlagen per Hand möglich. Über ein Schnellwechselsystem kann der Roboter automatisiert zwischen den verschiedenen Strahlverfahren wechseln.

An Anwendungsfällen für die neue Reinigungstechnik mangelt es nicht, wie Fraunhofer IPK-Forscher Philipp Burgdorf betont: »Wir wollen zukünftig auch die Bearbeitung von Verbundmaterialien wie carbonfaserverstärktem Kunststoff untersuchen. Für uns eröffnet sich damit ein breites Themenspektrum an weitergehender Forschung, beispielweise im Bereich Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Windenergie.« Erst einmal widmen sich Burgdorf und sein Team aber der im Rahmen von H2GO anstehenden Aufgabe, den Schwerlastverkehr umweltverträglicher zu machen. Schließlich ist das – wortwörtlich – kein leichtes Spiel.