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Wie Pioniere unsere Welt und Märkte prägen

In einer Zeit, in der die Frage nach einer nachhaltigen, klimaneutralen Energiewirtschaft drängender ist denn je, braucht es Vordenker und Pioniere. Menschen, die voller Tatendrang und neuer Ideen durch die Welt gehen. Einer dieser Optimisten ist Arjen Brandsma. Im Jahr 2019 erhielt Arjen einen Bericht von einem Kollegen, demzufolge die Niederlande gut gerüstet seien, um Spitzenreiter in der Wasserstoffwirtschaft zu werden. Arjen fragte sich: Warum gibt es noch keinen Serienhersteller für Elektrolyse-Stacks? Ein großes Potenzial für Bosch, dachte er. Rückblickend war dies der Beginn der Entwicklung der Hybrion PEM-Elektrolyse-Stacks bei Bosch.

Arjens Story

Arjen Brandsma, Technology Expert, Bosch Thin Metal Technologies
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Die Idee eines Pioniers – der Erfolg eines Teams

Arjen an seinem Arbeitsplatz, mit einem Prototyp eines Elektrolyse-Stacks
Arjen an seinem Arbeitsplatz, mit einem Prototyp eines Elektrolyse-Stacks

Arjen ist Technologie-Experte bei Bosch im niederländischen Tilburg und initiiert neue Produktentwicklungen. Auf die Frage nach seiner Arbeit erklärt Arjen, dass Innovation so sei, als würde man mit einem leeren Blatt Papier beginnen. Es sei nie der eine Aha-Moment, der zu einer großen Innovation führt. Innovation bedeute vielmehr, dass man sich traue, Risiken einzugehen und auf Fehlern aufzubauen. Das Wichtigste, so betont Arjen, ist, „ein Team von Experten zu haben, das sich gemeinsam auf die Reise begibt“. Es brauche ein multidisziplinäres Team von Experten, um von einer Idee zu einem Hightech-Produkt wie einem Elektrolyse-Stack zu gelangen.

Die eine Hälfte der Leute wird sagen: Oh, das ist eine gute Idee! Und die andere Hälfte wird sagen: Du bist völlig verrückt.

Arjen Brandsma, Technology Expert, Bosch Thin Metal Technologies

Erste Schritte auf dem Weg zur Innovation des Elektrolyse-Stacks

Es ist nicht leicht, eine Idee zu entwickeln, an die die Menschen glauben, aber was dann folgt, wird nicht einfacher. Ohne eine strukturierte Vorgehensweise besteht die Gefahr, dass selbst die vielversprechendsten Ideen bei der Umsetzung im Sande verlaufen oder nicht mit den strategischen Zielen des Unternehmens in Einklang gebracht werden können. Das Bosch Innovation Framework definiert klare Schritte. Jeder Schritt wird mit einem Innovationsmeilenstein abgeschlossen. An jedem Meilenstein arbeiten das Team und das Management gemeinsam daran, dass das Produkt alle notwendigen Kriterien erfüllt, um den nächsten Reifegrad zu erreichen. Alle Aspekte, die für ein erfolgreiches Unternehmen wichtig sind, wie Marktnachfrage, Produktperformance, Machbarkeit und Rentabilität, werden sorgfältig bewertet.

Arbeit in einem multidisziplinären Team von Experten
Arbeit in einem multidisziplinären Team von Experten
Arjen Brandsma am Computer, auf dem ein Bericht zu sehen ist und arbeitet an den ersten Innovationsschritten für die Entwicklung eines Bosch-Elektrolyseurs.
Es begann mit einem Bericht – und wurde zu einem Projekt mit großem Potenzial

Arjens Beitrag zur Entwicklung des Elektrolyse-Stacks konzentrierte sich auf die ersten Innovationsschritte des Bosch Innovation Frameworks. Da es sich bei der Wasserstoffproduktion um ein neues Geschäftsfeld für Bosch handelte, musste besonderes Augenmerk auf die Identifizierung von Marktchancen und Kundenbedürfnissen gelegt werden. Darüber hinaus musste die technische Machbarkeit eines völlig neuen Produkts geprüft werden. An dieser Stelle kommen Prototypen ins Spiel.

Ein Prototyp macht den Unterschied

„Ein Prototyp ist das Herzstück eines Projekts“, erklärt Arjen. Er sei etwas Greifbares und ‚Echtes' auf dem Weg zur Realisierung. Prototypen gäben dem Team einen klaren Fokus und beschleunigten das Projekt. In den vergangenen sechs Jahren hat das Team viele Prototypen gebaut, jeweils mit einer anderen Zielsetzung. Bei den ersten Prototypen handelte es sich um dünne Metallbleche, so genannte Bipolarplatten, mit denen die Fertigungsfähigkeit für diese Kernkomponente demonstriert wurden.

Bipolarplatten-Prototyp
Bipolarplatten-Prototyp
Prototyp eines Elektrolyse-Stacks with 100 Zellen
Prototyp eines Elektrolyse-Stacks with 100 Zellen

Der nächste Schritt bestand darin, einen kleinen, funktionierenden Elektrolyseur zu bauen, um die Konstruktionsmöglichkeiten und das Produktverständnis zu erforschen. Beim Bau dieses Elektrolyseurs entdeckte das Team dessen Funktionsprinzipien.

Später, in der Phase der Konzeptvalidierung, wurden Stacks mit bis zu 100 Zellen entworfen, um die wettbewerbsfähige funktionale Leistung und die Herstellbarkeit in der Massenproduktion zu beweisen. Mit diesem bewährten Konzept in der Hand wurden in Zusammenarbeit mit Partnern innerhalb und außerhalb von Bosch neue Designs und Prototypen entwickelt, um den eines Elektrolyse-Stack weiter zu skalieren und zu verbessern.

150 kW Prototyp eines Elektrolyse-Stacks auf dem Prüfstand
150 kW Prototyp eines Elektrolyse-Stacks auf dem Prüfstand

Manchmal bekommt man die Chance, die Branche wirklich zu verändern. Zum Beispiel mit Technologielösungen wie dem Elektrolyse-Stack.

Arjen Brandsma, Technology Expert, Bosch Thin Metal Technologies

Eine Idee. Große Wirkung. Der Elektrolyse-Stack heute

Der Hybrion PEM-Elektrolyse-Stack begann als Idee und hat sich zu einem sehr bedeutenden Projekt mit großem Potenzial für die Zukunft der ressourcenschonenden Energieerzeugung und für Bosch selbst entwickelt. Arjen Brandsma ist nicht mehr an dem Projekt beteiligt, aber viele seiner Kollegen sind es noch. Mehrere Bosch-Standorte arbeiten zusammen, um die Serienfertigung der Hybrion PEM-Elektrolyse-Stacks zu ermöglichen. In Tilburg arbeiten heute etwa 70 Personen an dem Thema, darunter auch Piotr Krzywda. Er arbeitet zum Beispiel ständig daran, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Stacks zu maximieren. Eine entscheidende Aufgabe für die Konstruktion der zweiten Generation, die bereits in Arbeit ist. Gleichzeitig untersucht Tilburg in Zusammenarbeit mit Bosch Corporate Research in Renningen neue Stack-Konzepte. Bewährte Konzepte werden an das Entwicklungszentrum im österreichischen Linz übergeben, wo das komplette Stack-Design realisiert wird. All diese Bemühungen zielen darauf ab, den Stack schließlich in Bamberg zu fertigen. Dort hat Anfang 2025 die Produktion des 1.25 MW Hybrion PEM-Elektrolyse-Stacks von Bosch begonnen.

Prüfstand für Elektrolyse-Einzelzellen
Prüfstand für Elektrolyse-Einzelzellen: Es werden Tests an kleinen Zellen durchgeführt, um die Lebensdauer, die Fehlerarten und die funktionelle Leistung zu bestimmen. Alle Komponenten der Zelle wie die Membran, die Gasdiffusionsschicht und die poröse Transportschicht können validiert werden. Größere Prüfstände für Zellen in voller Größe und komplette Elektrolyse-Stacks werden ebenfalls in Tilburg und Linz eingesetzt.
Vorbereitung der exakten Zusammensetzung von Elektrolyten für Ex-Situ-Korrosionstests
Vorbereitung der exakten Zusammensetzung von Elektrolyten für Ex-Situ-Korrosionstests: Diese Tests sind unerlässlich für die Auswahl der leistungsfähigsten Materialien und Beschichtungen für Bipolarplatten sowie für poröse Transportschichten (engl. porous transport layers, PTLs) und Gasdiffusionsschichten (engl. Gas Diffusion Layers, GDLs) der Stacks.
Analyse von Komponenten eines Elektrolyse-Stacks, wie poröse Transportschichten (PTLs)
Analyse von Komponenten eines Elektrolyse-Stacks, wie poröse Transportschichten (PTLs): Mit Hilfe von Ionenstrahltechnik können mikroskopisch kleine 3D-Proben von Komponenten entnommen und mit einem Rasterelektronenmikroskop für hochauflösende Bilder im Nanometerbereich analysiert werden. Diese Analysen werden unter anderem zur Beurteilung der Haftung von Beschichtungen auf der Oberfläche von PTLs verwendet.
Materialexperiment mit einem Tiefungsversuch nach Erichsen
Materialexperiment mit einem Tiefungsversuch nach Erichsen: Bei diesem Versuch wird ein kugelförmiger Stempel in ein eingespanntes Blech gedrückt, bis ein Riss entsteht. Anhand dieser Materialverformung kann das Verhalten dünner Bleche beurteilt werden. Die gewonnenen Messdaten werden u.a. zur Erstellung eines Materialmodells verwendet, das als Input für die Simulation des Umformprozesses von Bipolarplatten dient.
Stanzpresse zum Stanzen und Umformen von Blechen
Stanzpresse zum Stanzen und Umformen von Blechen: Mit dieser und anderen Pressen werden dünne Metallerzeugnisse, wie z. B. Bipolarplatten für die Prototypen- und Serienfertigung hergestellt.
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Schritte hin zum Vorreiter im Klimaschutz

Bosch bietet bereits eine Reihe von Produkten an, die mit Wasserstoff betrieben werden, zum Beispiel den Wasserstoffmotor oder das Fuel Cell Power Module. Mit dem Markteintritt der Hybrion PEM-Elektrolyse-Stacks baut Bosch seinen Beitrag zu einer ressourcenschonenden Wasserstoffwirtschaft als wichtigen Schritt zur CO₂-Reduzierung und zum Aufhalten des Klimawandels weiter aus. Ökologisch verantwortliches Handeln ist Teil des Auftrags von Bosch, die Lebensqualität der Menschen zu verbessern und die Lebensgrundlagen heutiger und künftiger Generationen zu sichern.