Reference-factory.H2 - producción de electrolizadores y pilas de combustible del futuro

Para alcanzar los objetivos del Acuerdo de París, los países deben dejar de utilizar en gran medida el petróleo, el gas y el carbón, pasando a utilizar fuentes de energía renovables. En este sentido, el hidrógeno es un elemento clave como fuente de energía en lo que respecta al almacenamiento y la distribución generalizada. Sin embargo, los beneficios del hidrógeno van más allá. Ofrece la oportunidad única de combinar el suministro de energía, la protección del clima y la creación de valor. Desempeña un papel clave en la reducción de las emisiones de_CO2, al tiempo que ofrece un campo de negocio sostenible y con futuro para Alemania como lugar de producción.

Los electrolizadores son necesarios para la producción de hidrógeno sin efectos sobre el clima. Se utilizan para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno con electricidad generada a partir de energía eólica o solar. El hidrógeno verde resultante puede utilizarse de varias maneras. Puede seguir procesándose en la industria de procesos como materia prima sostenible o volver a convertirse en electricidad mediante pilas de combustible. Sin embargo, hasta la fecha, tanto los electrolizadores como las pilas de combustible se han producido en pequeñas cantidades y a un alto coste, con poca automatización. Reference-factory.H2 ofrece el potencial para que la ciencia y la industria catapulten la producción de sistemas de hidrógeno hacia una nueva era de producción industrial en masa eficiente.

Para garantizar el éxito de esta acción, hay que analizar y evaluar las tecnologías de producción existentes en cuanto a su uso para la producción en serie de alta calidad de electrolizadores y pilas de combustible. También se necesitan nuevos procesos y sistemas continuos para allanar el camino hacia la producción en masa. Sólo así se podrá reducir sustancialmente el esfuerzo de producción y, en última instancia, equiparar el coste del hidrógeno con el de las fuentes de energía fósiles.

En el actual periodo de gran variabilidad tecnológica, cuando la asimilación del mercado de los electrolizadores está en sus primeras fases y la de las pilas de combustible está prevista para la década de 2030, la industria alemana necesita un enfoque técnico de la producción. Esta es la única forma razonable de que las empresas inviertan en este campo de negocio en una fase temprana para hacerlo sostenible y posicionarse con éxito frente a la competencia internacional a largo plazo. Para asegurar y apoyar este enfoque, Reference Factory.H2 fue diseñada para la producción en serie de sistemas de hidrógeno, flexible, dinámicamente adaptable y escalable en cantidad. El concepto es único debido a las oportunidades directas de participación industrial. Las empresas pueden ser tanto usuarios de los servicios como socios de Reference-factory.H2.

El sistema de producción híbrido acelera la transferencia a la industria

Reference-factory.H2 es un sistema de producción basado en componentes físicos y virtuales. Se utiliza para crear un diseño de referencia y nuevas soluciones tecnológicas, al tiempo que se optimizan las existentes. Al mismo tiempo, se desarrollan gemelos digitales de los elementos de producción y se incorporan a una arquitectura virtual. Así se crea un sistema modular de tecnologías que se comparan entre sí y se combinan con flexibilidad en las cadenas de procesos. "Reference-factory.H2 nos permite utilizar mejor los conocimientos e infraestructuras regionales para que la industria pueda participar más estrechamente en el desarrollo. Esto acelera la transferencia de las soluciones a la industria", afirma la Dra. Ulrike Beyer, directora del grupo de trabajo sobre hidrógeno de Fraunhofer IWU y coordinadora del proyecto. "Básicamente, estamos construyendo una plataforma B2B en la que fusionamos las principales áreas de especialización de los Institutos Fraunhofer y los socios implicados para crear una cadena de valor muy eficaz para los sistemas de hidrógeno, proporcionando así a los posibles interesados una visión global de las oportunidades económicas", afirma Beyer. Las imágenes virtuales ofrecen a los equipos de investigación la posibilidad de simular la interconexión de nuevos procesos y sistemas de producción, y de comprobarlos y compararlos en detalle en el ordenador, seleccionando así los materiales, herramientas y sistemas adecuados para lograr una producción eficaz. De este modo, se pueden visualizar claramente las relaciones globales hasta las cadenas completas de procesos, y es posible evaluar el coste de la producción de los sistemas de hidrógeno.

Existen planes para ofrecer servicios y formas específicas de participación a la industria alemana a partir del tercer trimestre de este año. El objetivo común será desarrollar tecnologías y sistemas de producción conducentes a la fabricación en serie de pilas de combustible y electrolizadores, lo que apoyará sustancialmente la incorporación al mercado a partir de 2025.

Reference-factory.H2 fue diseñado por el Instituto Fraunhofer de Máquinas-Herramienta y Tecnología de Conformación IWU de Chemnitz y es operado junto con el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Producción IPT de Aquisgrán. También se incorporan los contenidos de investigación del Instituto Fraunhofer de Nanosistemas Electrónicos ENAS de Chemnitz y del Instituto Fraunhofer de Ingeniería de Fabricación y Automatización IPA de Stuttgart. El concepto Reference-factory.H2 también es un elemento clave del grupo FRHY - Reference Factory for High-Rate Electrolyzer Production (Fábrica de referencia para la producción de electrolizadores de alta velocidad) del proyecto faro de hidrógeno que incluye el concepto Fraunhofer "H2GO - National Action Plan for Fuel Cell Production", en el que participan otros 14 Institutos Fraunhofer.

Oportunidad para la producción de sistemas de hidrógeno

"La pila es el núcleo de los sistemas de hidrógeno y también es el lugar donde se divide el agua y se genera la electricidad", explica Beyer. Esta pila se compone de varios cientos de células individuales apiladas e interconectadas en las que tiene lugar la conversión de energía química. Debido a sus múltiples elementos repetitivos, tiene sentido trasladar la producción de la pila a la producción industrial en grandes cantidades, lo que reduce sustancialmente los costes.

La fábrica de referencia incluye máquinas y sistemas para producir los componentes clave de la pila: la placa bipolar (BPP) y el conjunto de electrodos de membrana (MEA). "El nuevo concepto permite llevar a cabo localmente los desarrollos tecnológicos necesarios in situ, de modo que se puede disponer de una prensa de conformación para las BPP en Chemnitz y de una planta de producción para el MEA en Aquisgrán. Sus gemelos digitales se reúnen de forma centralizada en una arquitectura común, donde se utilizan para comparaciones y evaluaciones de procesos, o para consideraciones relativas a las cadenas de procesos", explica Beyer. El objetivo es desarrollar un sistema modular de tecnologías cuyos componentes individuales puedan evaluarse tecnológica y económicamente. Este sistema pretende reducir el riesgo de inversión y apoyar a las empresas en el desarrollo de su campo de negocio del hidrógeno.

Los visitantes interesados podrán obtener detalles sobre el concepto Reference-factory.H2, la gama de servicios y la oportunidad de participar en la Feria de Hannover 2022 en el stand conjunto de Fraunhofer (pabellón 5, stand A06). Además de proporcionar información sobre las áreas de experiencia, infraestructuras, tecnologías y proyectos pertinentes, Reference-factory.H2 también ofrecerá un área de acción para experimentar una amplia gama de interacciones.