Energia sostenibile: Reference-factory.H2, la produzione di elettrolizzatori e celle a combustibile del futuro

L'idrogeno è un elemento chiave nella transizione energetica. Affinché l'idrogeno possa affermarsi generalmente come fonte di energia, deve essere prodotto a prezzi di mercato, in quantità sufficienti e in modo climaticamente neutro, e utilizzato con un alto tasso di riduzione della CO2

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Per raggiungere gli obiettivi dell’accordo di Parigi, i paesi devono in gran parte smettere di utilizzare petrolio, gas e carbone, passando invece a fonti di energia rinnovabile. Qui, l’idrogeno è un elemento chiave come fonte di energia quando si tratta di stoccaggio e distribuzione capillare. Tuttavia, i vantaggi dell’idrogeno vanno ancora oltre. Offre l’opportunità unica di combinare fornitura di energia, protezione del clima e creazione di valore. Svolge un ruolo chiave nella riduzione delle emissioni di CO2 , offrendo al contempo un campo di attività sostenibile e a prova di futuro per la Germania come luogo di produzione.

Gli elettrolizzatori sono necessari per la produzione climaticamente neutra di idrogeno. Sono usati per dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno con l’elettricità generata dall’energia eolica o solare. L’idrogeno verde risultante può essere utilizzato in vari modi. Può essere ulteriormente trasformato nell’industria di processo come materia prima sostenibile o riconvertito in elettricità utilizzando celle a combustibile. Tuttavia, fino ad oggi sia gli elettrolizzatori che le celle a combustibile sono stati prodotti in piccole quantità e a costi elevati, con poca automazione coinvolta. Reference-factory.H2 offre alla scienza e all’industria il potenziale per catapultare la produzione di sistemi a idrogeno in una nuova era di produzione industriale di massa efficiente.

Per garantire il successo di questa azione, le tecnologie di produzione esistenti devono essere analizzate e valutate in termini di utilizzo per la produzione in serie di alta qualità di elettrolizzatori e celle a combustibile. Sono inoltre necessari nuovi processi e sistemi continui per aprire la strada alla produzione di massa. Questo è l’unico modo per ridurre sostanzialmente lo sforzo di produzione e, in definitiva, mettere l’idrogeno su un piano di parità di costi con le fonti di energia fossile.

Nell’attuale periodo di elevata variabilità tecnologica, quando l’adozione da parte del mercato degli elettrolizzatori è nelle sue fasi iniziali e l’adozione delle celle a combustibile è prevista per gli anni ’30, l’industria tedesca ha bisogno di concentrarsi sulla produzione tecnica. Questo è l’unico modo ragionevole per le aziende di investire in questo settore di attività in una fase iniziale al fine di renderlo sostenibile e posizionarsi con successo di fronte alla concorrenza internazionale a lungo termine. Per garantire e supportare questo obiettivo, Reference Factory.H2 è stato progettato per la produzione in serie flessibile, dinamicamente adattabile e scalabile in quantità di sistemi a idrogeno. Il concetto è unico a causa delle opportunità dirette di coinvolgimento industriale. Le aziende possono essere sia utenti dei servizi che partner di Reference-factory.H2.

Il sistema di produzione ibrido accelera il trasferimento all’industria
Reference-factory.H2 è un sistema di produzione basato su componenti fisici e virtuali. Viene utilizzato per creare un progetto di riferimento e nuove soluzioni tecnologiche, mentre quelle esistenti vengono ottimizzate. Allo stesso tempo, i digital twin degli elementi di produzione vengono sviluppati e incorporati in un’architettura virtuale. Ciò crea un sistema modulare di tecnologie che vengono confrontate tra loro e combinate in modo flessibile in catene di processo. “Reference-factory.H2 ci consente di utilizzare meglio le competenze e le infrastrutture regionali in modo che l’industria possa essere più strettamente coinvolta nello sviluppo. Ciò accelera il trasferimento delle soluzioni all’industria“, afferma la dott.ssa Ulrike Beyer, capo della Hydrogen Task Force presso Fraunhofer IWU e coordinatrice del progetto. “Stiamo fondamentalmente costruendo una piattaforma B2B in cui uniamo le principali aree di competenza degli Istituti Fraunhofer e dei partner coinvolti per creare una catena del valore altamente efficace per i sistemi a idrogeno, fornendo così ai potenziali stakeholder una panoramica olistica delle opportunità economiche” dice Beyer. “Le immagini virtuali offrono ai gruppi di ricerca la possibilità di simulare il collegamento in rete di nuovi processi e sistemi di produzione e di verificarli e confrontarli in dettaglio al computer, selezionando così i materiali, gli strumenti e i sistemi appropriati per ottenere una produzione efficace. Di conseguenza, le relazioni complessive possono essere visualizzate chiaramente fino alle catene di processo complete ed è possibile valutare il costo sostenuto per la produzione di sistemi a idrogeno. fornendo così ai potenziali stakeholder una panoramica olistica delle opportunità economiche“, afferma Beyer.

Le immagini virtuali offrono ai gruppi di ricerca la possibilità di simulare il collegamento in rete di nuovi processi e sistemi di produzione e di verificarli e confrontarli in dettaglio al computer, selezionando così i materiali, gli strumenti e i sistemi appropriati per ottenere una produzione efficace. Di conseguenza, le relazioni complessive possono essere visualizzate chiaramente fino alle catene di processo complete ed è possibile valutare il costo sostenuto per la produzione di sistemi a idrogeno. fornendo così ai potenziali stakeholder una panoramica olistica delle opportunità economiche”, afferma Beyer. Le immagini virtuali offrono ai gruppi di ricerca la possibilità di simulare il collegamento in rete di nuovi processi e sistemi di produzione e di verificarli e confrontarli in dettaglio al computer, selezionando così i materiali, gli strumenti e i sistemi appropriati per ottenere una produzione efficace. Di conseguenza, le relazioni complessive possono essere visualizzate chiaramente fino alle catene di processo complete ed è possibile valutare il costo sostenuto per la produzione di sistemi a idrogeno. selezionando così i materiali, gli strumenti e i sistemi appropriati per ottenere una produzione efficace. Di conseguenza, le relazioni complessive possono essere visualizzate chiaramente fino alle catene di processo complete ed è possibile valutare il costo sostenuto per la produzione di sistemi a idrogeno. selezionando così i materiali, gli strumenti e i sistemi appropriati per ottenere una produzione efficace. Di conseguenza, le relazioni complessive possono essere visualizzate chiaramente fino alle catene di processo complete ed è possibile valutare il costo sostenuto per la produzione di sistemi a idrogeno.

Esistono piani per offrire servizi e forme specifiche di coinvolgimento all’industria tedesca a partire dal terzo trimestre di quest’anno. L’obiettivo comune sarà quello di sviluppare tecnologie e sistemi di produzione favorevoli alla produzione in serie di celle a combustibile ed elettrolizzatori, che sosterranno sostanzialmente la diffusione del mercato a partire dal 2025.

Reference-factory.H2 è stato progettato dal Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU di Chemnitz ed è gestito insieme al Fraunhofer Institute for Production Technology IPT di Aquisgrana. Sono inclusi anche i contenuti della ricerca del Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS di Chemnitz e del Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA di Stoccarda. Il concetto Reference-factory.H2 è anche un elemento chiave del gruppo FRHY – Reference Factory for High-Rate Electrolyzer Production dal progetto del faro a idrogeno che coinvolge il concetto Fraunhofer “H2GO – National Action Plan for Fuel Cell Production”, in cui altri 14 Sono coinvolti gli Istituti Fraunhofer.

Opportunità per la produzione di sistemi a idrogeno

La ciminiera è il fulcro dei sistemi a idrogeno ed è anche il luogo in cui l’acqua viene divisa e viene generata elettricità“, spiega Beyer. Questo stack è costituito da diverse centinaia di singole celle interconnesse impilate in cui avviene la conversione dell’energia chimica. A causa dei suoi molteplici elementi ripetitivi, ha senso spostare la produzione della pila verso una produzione industriale che coinvolge grandi quantità, riducendo così notevolmente i costi.

La fabbrica di riferimento comprende macchine e sistemi per la produzione dei componenti chiave dello stack: la piastra bipolare (BPP) e l’assieme di elettrodi a membrana (MEA). “Il nuovo concetto consente di eseguire localmente gli sviluppi tecnologici necessari in loco, in modo che una pressa di formatura possa essere disponibile per i BPP a Chemnitz e uno stabilimento di produzione per il MEA ad Aquisgrana. I loro gemelli digitali sono riuniti centralmente in un’architettura comune, dove vengono utilizzati per confronti e valutazioni dei processi o per considerazioni sulle catene di processi”, spiega Beyer. L’obiettivo è sviluppare un sistema modulare di tecnologie i cui singoli componenti possano essere valutati tecnologicamente ed economicamente. Questo sistema intende ridurre il rischio di investimento e supportare le aziende nello sviluppo del loro settore di attività dell’idrogeno.

I dettagli sul concetto di fabbrica di riferimento.H2, la gamma di servizi e l’opportunità di essere coinvolti saranno disponibili per i visitatori interessati alla Fiera di Hannover 2022 presso lo stand congiunto Fraunhofer (padiglione 5, stand A06). Oltre a fornire informazioni sulle pertinenti aree di competenza, infrastrutture, tecnologie e progetti, Reference-factory.H2 offrirà anche un’area d’azione per sperimentare un’ampia gamma di interazioni.