"Revolution in der Wasserstofftechnik: Fraunhofer ILT setzt auf Lasertechnologie"
Wasserstoff steht nicht nur im Periodensystem an erster Stelle, sondern gewinnt auch als grüne Energiequelle der Zukunft immer mehr an Bedeutung. Die Schlüsseltechnologie für dessen effiziente Herstellung und Verwendung ist der Laser, wie die aktuellen Projekte des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) in Aachen zeigen.
Die Koalition aus SPD, Grüne und FDP hat in ihrem Koalitionsvertrag vom Dezember 2021 große Ambitionen für den grünen Wasserstoff geäußert. Bis 2030 soll die Wasserstoffwirtschaft ausgebaut und eine Kapazität von mindestens zehn Gigawatt für die Elektrolyse in Deutschland geschaffen werden. Doch die Herausforderung bleibt: Nur fünf Prozent des in Deutschland hergestellten und verbrauchten Wasserstoffs kommen bisher aus nachhaltiger Produktion.
Trotzdem sind die Aussichten für Deutschland vielversprechend. Nach Angaben des Europäischen Patentamts (EPA) und der Internationalen Energieagentur (IEA) sind deutsche Unternehmen wie BASF, Bosch, Linde und Siemens führend in der Wasserstofftechnologie. Eine Studie des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) prognostiziert ein Marktpotenzial von über 10.000 Milliarden Euro bis 2050.
Das Fraunhofer ILT leistet hier entscheidende Beiträge, indem es hochproduktive laserbasierte Verfahren für die Serienproduktion von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren entwickelt. Lasertechnik punktet durch hohe Präzision, Flexibilität und Skalierbarkeit und ist zudem ein nachhaltiger Prozess, da sie CO2-Emissionen und den Verbrauch von Ressourcen reduziert.
Im Rahmen des Projekts CoBiP hat das Fraunhofer ILT eine Anlage für die kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Herstellung von metallischen, doppelwandigen Bipolarplatten mit einem Modul zum Laserschweißen und -schneiden entwickelt. Solche Bipolarplatten sind wesentliche Bestandteile von Brennstoffzellen. Die Herausforderung dabei ist es, diese Platten wasserstoffdicht zu verschweißen, was die Forscher durch den Einsatz angepasster Wellenlängen und gezielter Strahlmodulation erreichen konnten.
Eine andere Herausforderung besteht darin, den Wirkungsgrad von PEM (Proton Exchange Membrane) Brennstoffzellen zu erhöhen. Hier hat das Fraunhofer ILT ein Verfahren entwickelt, das mithilfe von Ultrakurzpulslasern die isolierende Kunststoffmatrix entfernt.
Außerdem setzt das Fraunhofer ILT auf das Laserstrahl-Hochgeschwindigkeitsschneiden als wirtschaftliche Alternative zu mechanischen Schneidverfahren. Dieses hat sich im Rahmen von CoBiP als ideal erwiesen, einem gemeinsamen Projekt mit dem benachbarten Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT). Das Institut hat ein Rolle-zu-Rolle-Modul zum Laserschweißen und -schneiden entwickelt, das in der CoBiP-Anlage gratfrei schneidet und unter Argongas fehlerfrei schweißt.
Das Fraunhofer ILT erforscht und entwickelt außerdem das Laserauftragschweißen, eine etablierte Methode des metallischen 3D-Drucks, insbesondere für die Herstellung von Elektrolyseuren. Das Institut hat eine LMD-Anlage entwickelt, die eine Baustahlplatte mit einer extrem dünnen, porösen Nickel-Aluminium-Legierung beschichten kann.
Zudem erweisen sich Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen als nützlich für die Vermeidung typischer Probleme bei der Herstellung von Wasserstoff unter Serienbedingungen. Ein Beispiel ist der digitale Prozess-Onlineoptimierer
, ein KI-gestütztes System, das auf der Basis von Sensordaten laufend optimiert und dazu beiträgt, die Qualität der Wasserstoffproduktion zu erhöhen.
All diese innovativen Ansätze tragen dazu bei, die Wasserstoffwirtschaft in Deutschland zu beschleunigen und nachhaltiger zu gestalten. Mit den Fortschritten in der Lasertechnik hat das Fraunhofer ILT einen entscheidenden Schritt in Richtung grüner Wasserstoff gemacht.
