Insbesondere die vergangenen 10 Jahre haben gezeigt, dass ein  Weiter so bei der Verbrennung fossiler Energieträger in eine Klimakrise  führen würde. Als einer der wichtigsten Alternativen zu Erdgas und Erdöl wird heute die Speicherung regenerativ gewonnener Energie in  Wasserstoff angesehen. Allerdings wurde diese altbekannte, jedoch teure  Form der Energieumwandlung (Elektrolyse, Power-to-Gas) und  Energieerzeugung (Brennstoffzellen-Stack) nie zu einer industriellen  Serienreife entwickelt. Nur die Alkalielektrolyse hat zur Herstellung  von in der chemischen Industrie benötigtem Wasserstoff einen  nennenswerten MRL (Manufacturing Readiness Level) erreicht.    

Das Kernstück einer Brennstoffzelle ist die beidseitig  beschichtete Membrane, die den Wasserstoff vom Sauerstoff getrennt hält  und den Protonen-Austausch ermöglicht. Um diesen Austausch möglichst  effizient zu gestalten, sind solche Membranen sehr dünn und damit  mechanisch instabil. Eine als „Subgasket“ bezeichnete Dichtung  stabilisiert die CCM (Catalyst Coated Membrane) und bewirkt gleichzeitig die elektrische Isolation zwischen den beiden Halbzellen.    

Bislang wird diese als MEA  (Membranelektrodeneinheit) bezeichnete Einheit in einem langsamen  Stapelprozess in weitgehender Handarbeit hergestellt.    

Das 2019 gestartete Projekt HyFab hat die Aufgabe, binnen kurzer Zeit zu zeigen, dass eine Hochskalierung der bisherigen Manufaktur-Fertigung auf einen industriellen  Serienfertigungsprozess möglich ist. Dazu wurde in Zusammenarbeit mit  Automatisierungsspezialisten und mit Förderung durch das  baden-württembergische Umweltministerium eine Fertigungsstrecke  aufgebaut. Am 10. Februar 2021 fand der Spatenstich zur Errichtung der Forschungsfabrik HyFab (Kontakt: Ulf Groos) statt. Inzwischen ist das Gebäude fertiggestellt und die  Musterfertigung angelaufen. Mit Hilfe der Automatisierungsstrecke soll  nun erforscht werden, an welchen Stellschrauben gedreht werden kann, um  mit immer höherer Taktzahl zuverlässig Membranelektrodeneinheit  herzustellen.    

Einen ähnlichen Ansatz verfolgt das NOW-Projekt „Innovative, skalierbare Brennstoffzellenproduktion „i-skaB“ (Kontakt: Dr. Marcus Gebhard). Mit dem Förderkennzeichen 03B11033 begannen im  Dezember 2022 die sieben Projektpartner (Thyssen Automation, ZBT  Duisburg, Fraunhofer, BMW, Laufenberg, Siemens und SK Laser) ihre  Arbeit. Ziel des Projektes ist es, den Automatisierungsgrad bei der  Herstellung von Bipolarplatten und MEA erheblich zu erhöhen. Erst bei  einer signifikanten Vervielfachung der Ausbringungsrate sind die  angestrebten Ziele einer auf Wasserstoff basierenden Energiewirtschaft  überhaupt erreichbar. Zudem ist nur durch eine weitgehend automatisierte Produktion die benötigte Qualität und Betriebssicherheit erreichbar. In industriellen Serienfertigungsprozessen können in jeder Fertigungsstufe Maßnahmen zur Qualitätsüberprüfung eingeplant werden und so bei  Abweichungen frühzeitig eingegriffen werden. Heutige, in Handmanufaktur  hergestellte Brennstoffzellen haben eine zu hohe Ausschussrate. Zudem  werden Mängel oft erst am Ende des Fertigungsprozesses festgestellt –  also dann, wenn die gesamte Wertschöpfung des Fertigungsprozesses  bereits in dem Brennstoffzellen-Stack steckt.    

Die Hochskalierung des Fertigungsprozesses beinhaltet zudem die  sehr wichtigen Vorteile einer Economy of Scale, also den Kostenvorteilen einer Massenproduktion. Diese ist auch dringend notwendig, um Energie  auf zukünftig bezahlbar zu halten.    

  

Eine gute Übersicht über geförderte Forschungsprojekte im Bereich Wasserstoff/Brennstoffzellen findet man auf der Webseite der NOW-GmbH  (Nationale Organisation Wasserstoff). Dazu gehören auch BI-FIT (Erstkonditionierung von Brennstoffzellen), GroProBiP (großvolumige Produktion von Bipolarplatten) und OREO (Übersichtsforschung für die Beschichtungsprozesse der Elektroden).