Das fünfte Laser Colloquium Hydrogen – LKH2 des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT, das am 10. und 11. September 2024 stattfindet, steht erneut im Zeichen nachhaltigen Netzwerkens. Kein Staat, kein Unternehmen, keine Forschungseinrichtung kann den Übergang zu einer nachhaltigen Wasserstoffproduktion allein bewältigen. Deshalb treffen sich wieder zahlreiche Expertinnen und Experten aus Praxis und Forschung in Aachen, um sich auszutauschen und gemeinsam Lösungen zu entwickeln. Ein Vortrags-Highlight des diesjährigen Kongresses ist die Vorstellung des deutsch-australischen Projekts HyGATE.
Die Prozesse der Herstellung von Wasserstoff und die Komprimierung, der Transport und die Rückverwandlung in Strom oder mechanische Energie sind noch viel zu ineffizient, erklärt Dr. Alexander Olowinsky, Abteilungsleiter Fügen und Trennen am Fraunhofer ILT und Organisator des LKH2. Das Erhöhen der
Effizienz von Wasserstoffprozessen ist eines der Topthemen des LKH2, das sich als roter Faden durch alle Vorträge zieht, kündigt das Fraunhofer ILT an. Die Themenvielfalt der knapp 20 Vorträge zeigt die Bandbreite der hocheffizienten Laserverfahren für die gesamte Prozesskette der Wasserstoffherstellung. Für besonderes Interesse sorgt bei den Teilnehmenden sicherlich der Vortrag von Robert McConville, Principal Manufacturing Engineer der Hysata Pty Ltd aus Unanderra, Australien, in der Nähe von Sydney. Das Unternehmen will nach eigenen Angaben künftig den weltweit kostengünstigsten grünen Wasserstoff liefern.
Dr. Alexander Olowinsky, Organisator und Moderator des 5.LKH2 – Laser Colloquium Hydrogen (© Fraunhofer ILT, Aachen)
Die Chancen stehen gut, denn ein Spin-off der University of Wollongong hat eine Kapillarelektrolyse entwickelt, bei der kleine Kapillaren das Wasser gleichmäßig verteilen. Dieser Elektrolyseur erreicht einen beachtlich hohen Systemwirkungsgrad von 95 Prozent (41,5 kWh/kg). Der alkalische Elektrolyseur benötigt wesentlich weniger Energie, um ein Kilogramm Wasserstoff zu erzeugen – im Vergleich zu den besten, derzeit erhältlichen kommerziellen Wasserelektrolyseuren. Der in der Praxis nachgewiesene Wirkungsgrad des Hysata-Elektrolyseurs liegt über dem Effizienzziel (42 kWh/kg) der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) für das Jahr 2050.
Know-how aus Deutschland und Australien bündeln
Nun steht der Einstieg in die effiziente Großserienproduktion im Rahmen der Förderinitiative German-Australian Hydrogen Innovation and Technology Incubator (HyGATE) an. Australien und Deutschland bauen seit Juni 2023 die weltweit erste Lieferkette für nachhaltigen Wasserstoff auf. Der leitende HySata-Ingenieur McConville wird in Aachen auch die Rolle von deutscher Produktionstechnik beim Einstieg in die effiziente Herstellung von Elektrolyseuren erklären. Sein Vortrag ist in zweifacher Hinsicht nachhaltig: Er reist nicht mit dem Flugzeug nach Aachen, sondern hält seinen Vortrag auf dem LKH2 online, um über die gemeinsame Vorgehensweise zu berichten. Wenn wir über Nachhaltigkeit und die Energieversorgung der Zukunft sprechen, können wir einen Referenten nicht um die halbe Welt schicken, um einen Vortrag bei uns zu halten, erklärt Olowinsky.
Der Laser steht im Mittelpunkt von McConvilles Vortrag: Das Fraunhofer ILT entwickelt in einem Teilprojekt zur Produktionstechnik laserbasierte Verfahren und Anlagen, etwa zum Bearbeiten von Metallschaumelektroden. Diese Entwicklung des Dresdner Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, vergrößert die Reaktionsoberfläche sowie Wärmeleitfähigkeit und erhöht so die Effizienz.
Von der Metallplattenherstellung bis zu laserinduzierten Nanoschäumen
Andere ebenso spannende Wege zur grünen Wasserstoffzukunft zeigen die weiteren Beiträge aus Industrie und Forschung: Die Vortragenden erklären, wie der Einstieg in die Großserienproduktion von Bipolarplatten und Brennstoffzellen gelingt, wie optimale Beschichtungen entstehen und wie sich komplexe Laserprozesse überwachen lassen. Die Themenvielfalt der rund 20 Vorträge veranschaulicht die Bandbreite der Lasertechnik für die gesamte Prozesskette der Wasserstoffherstellung.
Das wird bei einem kurzen Blick auf die Vorträge deutlich: Stefan Kaiser von der Andritz Kaiser GmbH beispielsweise erklärt die Vorteile hochpräziser Strahlablenkung beim Lasermikroschweißen von Bipolarplatten. Wie sich diese Metallplatten mit dem Ultrakurzpulslaser schneiden lassen, erfahren die Teilnehmenden von Stoyan Stoyanov vom Fraunhofer ILT. Eike Hübner vom Fraunhofer-Heinrich-Hertz-Institut HHI erläutert, weshalb sich mit dem Laser hergestellte Nanoschäume (Laser Induced Nanofoams, LINF) besonders zum Einsatz in Katalysatoren eignen. David Janssens von Siemens zeigt, wie abstimmbare Diodenlaser-Absorptionstechnologie (TDLAS) und das KI-basierte Management von Analysesystemen helfen, hochwertigen grünen Wasserstoff mit hohem Durchsatz zu produzieren.
Die Labortour bietet Einblicke in das HydrogenLab des Fraunhofer ILT. Es ist mit modernsten lasertechnischen Anlagen ausgestattet und ermöglicht die interdisziplinäre Zusammenarbeit zur Optimierung der Serienproduktion von Brennstoffzellen und Wasserstoffkomponenten (© Fraunhofer ILT, Aachen)
Ein Schlüssel zu mehr Effizienz
Die Teilnehmenden erkunden außerdem bei Laborführungen den aktuellen Stand der Forschung. Das Fraunhofer ILT hat mit dem HydrogenLab optimale Bedingungen geschaffen, um die Brennstoffzelle von den Grundlagen bis zur Serienreife zu optimieren. Das HydrogenLab ist auf interdisziplinäre Zusammenarbeit ausgelegt und bietet Raum für öffentliche Projekte und Industriekooperationen, um Synergieeffekte zu erzielen. Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler forschen hier an der kostenoptimierten und bedarfsorientierten Serienproduktion von Brennstoffen und beschleunigen den Rollout in Industrie und Gesellschaft.
Das 300 Quadratmeter große HydrogenLab verfügt über lasertechnische Versuchsanlagen für die Herstellung von metallischen sowie Compound-Bipolarplatten. Es bietet Anlagen zur Strukturierung mit Ultrakurzpulslasern, laserbasierte Beschichtung sowie zum Hochgeschwindigkeitsschweißen und -schneiden. Prüfstände testen die Wasserstoffdichtheit und Effizienz der lasergefertigten Komponenten.
Wie die Branche auf die Kritik an der Effizienz von Wasserstoffprozessen reagieren soll, ist eine der Hauptfragen, die das fünfte LKH2 in Aachen ebenfalls beantworten möchte. Wir demonstrieren, wie die Lasertechnologie die Effizienz der Wasserstoffproduktion verbessern kann, erklärtDr. Olowinsky. Sie ist ihm zufolge der entscheidende Schlüssel, das wichtigste Werkzeug, um die Prozesse und Komponenten zu optimieren.
Das Programm der Veranstaltung des Fraunhofer ILT finden Interessenten unter:
- https://s.fhg.de/d52
Kontakt
Dr.-Ing. Alexander Olowinsky,
E-Mail: alexander.olowinsky@ilt.fraunhofer.de
- www.ilt.fraunhofer.de
Text zum Titelbild: Nahaufnahme von Metallschaum, entwickelt vom Fraunhofer IFAM; Metallschaumelektroden bieten eine vergrößerte Reaktionsoberfläche und verbesserte Wärmeleitfähigkeit, was zu einer höheren Effizienz bei der Wasserstoffherstellung führt (© Fraunhofer IFAM, Dresden)
