Großvolumige Produktion von graphitischen Bipolarplatten (GroProBiP)

Motiviert durch die wahrnehmbare Marktaktivierung sowie eine Kontaktaufnahme Ende 2019 durch einen Brennstoffzellenzulieferer eines namhaften deutscher Großkonzerns mit der Fragestellung, ob eine großvolumige Fertigung, mit dem Kostenziel von unter 5 Euro für ein verklebtes Bipolarplattenmodul, für die Nutzfahrzeuganwendung realisierbar sei, intensivierte die Schunk Kohlenstofftechnik GmbH (weiterhin als SKT bezeichnet) die Aktivitäten im Bereich der Fertigung von graphitischen Bipolarplatten. Eine Kundenanforderung ist im Allgemeinen eine Stückprüfung (100% der zu fertigen Platten) der Dichtigkeit der Bipolarplattenmodule in sich und gegen die äußere Umgebung. Im Zuge dessen hat sich die Konstellation im Konsortium gefunden.

Die Umstellung auf die Brennstoffzellentechnologie ist im Gütertransportsektor, beispielsweise in Form von LKW, alternativlos. Prognostiziert sind in den kommenden Jahren Reichweiten von über 1000 Kilometern, wodurch der heute noch notwendige Diesel-LKW ersetzt werden kann. Als Ergebnis des Trilogs zwischen Europäischer Kommission, dem Rat der Europäischen Union sowie des Europäischen Parlaments wurde als Ziel eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes um 15% in 2025 und 30% in 2030 im Vergleich zu 2019/2020 definiert. Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine Verdrei- bis Vervierfachung der bisherigen kontinuierlich fortschreitenden Reduktion des Treibstoffverbrauchs und der damit unmittelbar bedingten CO2-Emmisionsreduktion erforderlich. Weiterhin hat die Bundesregierung Deutschlands das Ziel definiert, die gesamten Treibhausgasemissionen in Deutschland bis zum vergangenen Jahr 2020 um 40%, bis 2030 um 55%, bis 2040 um 70% und bis 2050 sogar um 80 bis zu 95% zu reduzieren (Bezug ist das Basisjahr 1990). Eine Umstellung auf die Brennstoffzellentechnologie wird weiterhin dadurch attraktiv, dass ab 2025 ein Benchmarksystem in der Bewertung von der CO2-LKW-Flotten eingeführt wird. Emissionsfreie LKW werden zukünftig dann mit 2% bis 5% positiv berücksichtigt.

Eine Erreichung dieser Ziele in dem vorgegebenen Zeitraum ist äußerst ambitioniert, herausfordernd und macht die Einführung von neuen Fertigungstechnologien und Materialien innerhalb von kürzester Zeit erforderlich. Im Falle von Nichterfüllung der vorgegebenen Ziele ist mit hohen Strafzahlungen für die Fahrzeughersteller zu rechnen. Eine skalierte und automatisierte Fertigung von verklebten graphitischen Bipolarplattenmodulen unter Realisierung der geforderten Zielpreise trägt einen großen Beitrag zur Etablierung der Brennstoffzellentechnologie sowie der damit verbundenen Wirtschaftlichkeit bei. Nur mit der wirtschaftlich attraktiven Verfügbarkeit von Brennstoffzellen lassen sich die geforderten Ziele zur CO2-Emission erreichen. Weiterhin ist eine Dichtheitsprüfung von Komponenten und Systemen rund um die Brennstoffzellentechnologie von vitalem Interesse. Zu prüfende Komponenten sind unter anderem Bipolarplatten, Stacks, Wasserstofftanks, Kompressoren, Injektoren, Gebläse, Leitungen, Kühlungen etc. sowie Baugruppen und komplette Systeme. Die Eignung für einen zuverlässigen, langzeitstabilen Einsatz einer Brennstoffzelle kann durch Dichtheitsprüfung von Bipolarplatten erfolgen. Diese Prüfung stellt einen kritischen Faktor entlang der Wertschöpfungskette bei den hohen angefragten Stückzahlen dar, da eine 100 %-Dichtigkeitsprüfung der gefügten graphitischen Bipolarplattenmodule erforderlich ist. Oftmals werden bereits heute schon Dichtheitsprüfungen durchgeführt, diese sind jedoch nicht angepasst an die Anforderungen der Wasserstoffwirtschaft.