Fraunhofer will mehrere Leben für Brennstoffzellen

Intelligentes Produktdesign und effiziente Demontage-Prozesse, so heißt es in einer aktuellen Mitteilung des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU), seien entscheidende Voraussetzungen, damit es möglichst viele Bauteile aus ausgedienten Brennstoffzellen-Stapeln („Stacks“) in ein zweites Produktleben schaffen. Im Forschungsverbund „Stack2P“ (Stack to Piece) untersuchen vier Fraunhofer-Institute nun gemeinsam, welche Maschinen, Anlagen und Prozesse nötig sind, um Brennstoffzellen-Systeme automatisiert montieren und am Ende ihres Produktlebens zerstörungsfrei wieder demontieren zu können.

Das Projektziel laute dabei, ein umfassendes Konzept der Wiederverwendung (Re-use), Wiederaufbereitung (Refurbishment), Reparatur (Repair) oder – wo unumgänglich – des Recyclings für sämtliche Teile und Komponenten des Stacks zu entwickeln. Zum Beispiel sollten Gehäuse sollten so konzipiert sein, dass sie mehrfach verwendbar sind. Dichtungen sollten künftig weitgehend recycelbar sein.

Das Ziel: Serienanlagen für die Trennung aller Bestandteile

Derzeit würden Brennstoffzell-Systeme noch weitgehend manuell zerlegt, was für eine künftige effiziente Wiedergewinnung von Bauteilen und Komponenten im industriellen Maßstab nicht geeignet sei. Die Zerlegung ist anspruchsvoll, denn ein Stack besteht aus mehreren in Serie geschalteten Brennstoffzellen. Beim zerstörungsfreien Zerlegen eines Stacks gilt es, zahlreiche Fügeverbindungen zu lösen und dabei die höchstens 0,1 Millimeter dünnen Bipolarplatten, die die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) im Inneren der Zelle umschließen, nicht zu beschädigen.

Die Forschenden in "Stack2P" wollen die gesamte Prozesskette betrachten, von der Datenerfassung (Typ des Stacks) über das Entstapeln (Abnehmen) und automatisierte Trennen aller Komponenten bis zur Entnahme der MEA. Dafür sind am Projekt beteiligt:

• das Fraunhofer IKTS (Institut für Keramische Technologien und Systeme), das den Zustand der Brennstoffzellen am Ende ihrer Nutzung prüft
• das Fraunhofer IST (Institut für Schicht- und Oberflächentechnik): Es entwickelt eine Recyclinglinie und nachhaltige Recyclingkonzepte für PEM-Brennstoffzellen. Dabei liege ein Fokus auf chemischen Prozessen zur Zerlegung der MEA, um das Edelmetall Platin wiederzugewinnen.
• das Fraunhofer IWU: Es entwickelt das Verfahren zur mechanischen Trennung der Komponenten, also automatisierte Demontage-Prozesse einschließlich Erkennen und Lösen von Fügeverbindungen. Es entwirft auch Richtlinien und Prozesse für Produkt und Produktion. Dafür baut das IWU in Wolfsburg zusammen mit dem Industriepartner Aumann Limbach-Oberfrohnau GmbH eine Forschungsanlage zur vollautomatisierten Zerlegung von Brennstoffzellen-Stacks auf
• Das Fraunhofer IFAM (Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung) errichtet gleichzeitig am Standort Bremen ein Entstapel-Modul, um Erkenntnisse zu Klebeverbindungen zu gewinnen.

Nach Abschluss des Projektes soll es möglich sein, Serienanlagen für die sortenreine Trennung aller Bestandteile eines Brennstoffzellen-Systems im industriellen Maßstab zu entwickeln. Das Projekt ist Teil des Nationalen Aktionsplans Brennstoffzellen-Produktion (H2GO).