Nahtlose Zusammenarbeit in der Lead-Entwicklung treibt Innovation in der Elektrolyse voran
"Ich bin über das Elektrolyseprojekt zu Bosch gekommen", erklärt Markus Winklberger, Entwicklungsingenieur im Bereich Simulation. Markus und sein Kollege Bernhard Beißmann, Leiter des Designteams, arbeiten eng zusammen, um die Hybrion PEM-Elektrolyse-Stacks bei Bosch weiterzuentwickeln. Sie trafen sich zum ersten Mal während eines Brainstorming-Termins zur weiteren Verbesserung des Rahmenkonzepts der Elektrolyse-Stacks. Beide wissen, dass Zusammenarbeit der Schlüssel zum Erfolg ihrer Arbeit ist.
Bernhards und Markus' Story
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Design und Simulation Hand in Hand
Der Entwicklungsprozess ist sehr kreativ, aber auch iterativ. Regelmäßige Abstimmungen und Überprüfungen zwischen dem Design- und dem Simulationsteam sind entscheidend. Bernhard und sein Designteam erstellen beispielsweise 3D-Modelle, die direkt von Markus und dem Simulationsteam verwendet werden. Diese Modelle dienen als Grundlage für umfassende Berechnungen, die Analyse verschiedener Last- und Stressszenarien sowie der Überprüfung der Einhaltung geltender Normen und gesetzlicher Vorschriften. Markus betont: „Die Arbeit im Bereich der Elektrolyse unterscheidet sich erheblich von der Arbeit in der Prozessindustrie. In diesem spezialisierten Markt gibt es noch sehr wenig Standardisierung. Wir helfen gerade dabei, zukünftige Standardisierungen mitzugestalten.“
Testen ist kein "Kann", sondern ein "Muss"
Eine klimafreundliche Wasserstoffwirtschaft stützt sich nicht nur auf Technologie, sondern auch auf die Fähigkeit, Leistung und Qualität zuverlässig zu testen. Standardisierte Prüfmethoden und fortschrittliche Prüfstände bilden die Grundlage, um Hybrion PEM-Elektrolyse-Stacks effizient, sicher und in hoher Qualität zu produzieren. Präzise Messungen und systematische Tests generieren Datenerkenntnisse – und führen folglich zur Weiterentwicklung der Elektrolyse-Stacks. Gleichzeitig tragen wir bei Bosch auf Seiten der Prüfung aktiv zur Entwicklung neuer Standards bei und stellen damit sicher, dass die Testergebnisse innerhalb der Branche vergleichbar bleiben.
Materialien sind entscheidend: Ein genauerer Blick auf die PEM-Elektrolyse
Die Materialwissenschaft spielt eine zentrale Rolle bei der Optimierung der Lebensdauer von Elektrolyse-Stacks. Da Materialien mit der Zeit altern und an Funktionalität einbüßen, ist das Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse entscheidend. Sowohl in Linz als auch in Tilburg werden diese sogenannten „Alterungstests“ durchgeführt. Dabei wird künstlich Verschleiß induziert, um Langzeitbedingungen zu simulieren und Abbauprozesse zu beobachten. Indem man untersucht, wie sich Materialien unter Belastung verändern, wird es möglich, die Lebensdauer zu optimieren. Dieser proaktive Ansatz stellt sicher, dass die Hybrion Stacks während ihrer gesamten Nutzungsdauer effizient und zuverlässig bleiben.
Bei der Optimierung von PEM-Elektrolyse-Stacks geht es nicht darum, so viele Daten wie möglich zu sammeln – es geht darum, die Werte zu identifizieren, die die Systemleistung wirklich beeinflussen.
Was ist nochmal PEM?
PEM steht für Protonenaustausch-Membran und bezeichnet eine spezifische Elektrolysetechnologie. Die Elektrolyse an sich ist ein Prozess, der Wasser in einer elektrochemischen Reaktion in Wasserstoff und Sauerstoff umwandelt. An der Anode werden Wassermoleküle zerlegt, wobei Sauerstoff, Protonen und Elektronen freigesetzt werden. Die Protonen wandern durch die Membran zur Kathode, wo sie sich mit Elektronen zu Wasserstoff verbinden. Dieser Prozess ist die Grundlage für die Erzeugung von grünem Wasserstoff.
Im Kern geht es bei der PEM-Elektrolyse darum, den Fluss von Gasen und Wasser auf beiden Seiten der katalysatorbeschichteten Membran (CCM) zu steuern und gleichzeitig den Elektronentransport zu gewährleisten.
Diese Prozesse sind von Natur aus widersprüchlich: Elektronenleitung erfordert feste Materialien wie Metalle, während Gas- und Wassertransport am besten durch poröse, weniger dichte Strukturen erreicht wird. Die Lösung liegt in der Verwendung poröser Materialien auf beiden Seiten der CCM, um ein Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit und Permeabilität zu finden. Dieses feine Gleichgewicht ist essenziell für die Aufrechterhaltung optimaler Reaktionsbedingungen und der Systemlanglebigkeit.
Ausblick
Wir haben bereits einen PEM-Elektrolyse-Stack mit einer Leistung von 1,25 MW entwickelt, der in der Lage ist, rund 22,9 kg Wasserstoff pro Stunde zu produzieren – genug, um einen 40-Tonnen-LKW für 250 bis 300 Kilometer anzutreiben. Doch die Reise des regenerativ erzeugten Wasserstoffs hat gerade erst begonnen. Zusammen mit unseren Kollegen in Tilburg, Linz und Bamberg werden wir das Wissen und die Innovationen rund um die Elektrolysetechnologie weiter vorantreiben. Denn datengestützte Erkenntnisse führen uns immer zu besseren Produkten – und das trifft den Kern des Werteversprechens von Bosch.
