Informacje prasowe

Fraunhofer ILT na targach Hydrogen Technology World Expo 2026

Technologia laserowa dla całego łańcucha wartości wodoru

Od elektrolizerów i systemów magazynowania po ogniwa paliwowe: podczas targów Hydrogen Technology World Expo 2026 w Hamburgu (Niemcy) Instytut Technologii Laserowej Fraunhofera (ILT) zaprezentuje, w jaki sposób technologia laserowa pozwala zwiększyć efektywność kluczowych procesów w gospodarce wodorowej oraz umoĹźliwia ich skalowanie do poziomu przemysłowego. Ponadto instytut Fraunhofer ILT przedstawi rozwiązania dotyczące róĹźnych technologii elektrolizy, wytwarzania komponentów do ogniw paliwowych, magazynowania wodoru oraz zastosowań typu Power-to-X.

Wraz z rozwojem energetyki odnawialnej rośnie zapotrzebowanie na magazynowanie duĹźych ilości wodoru przez długi czas. Jednak istniejące podziemne magazyny wymagają specyficznych warunków geologicznych. Dlatego europejski projekt badawczy HyCavern przyjmuje inne podejście: wodór ma być przechowywany w specjalnie wydrążonych i wyłoĹźonych stalą kawernach skalnych (tzw. *lined rock caverns*). UmoĹźliwia to podziemne magazynowanie wodoru nawet w regionach, w których tradycyjne magazyny kawernowe nie wchodzą w grę.

Dr Yingwei Wu (po lewej) pracuje nad laserowymi metodami bezpiecznego podziemnego magazynowania wodoru w ramach europejskiego projektu badawczego HyCavern. Kluczowe znaczenie mają tu metalowe wykładziny tzw. kawern skalnych z uszczelnieniem, a takĹźe powłoki ochronne i procesy łączenia, które mają na celu trwałe zabezpieczenie stali przed oddziaływaniem wodoru. © HyCavern.

W ramach projektu instytut Fraunhofer ILT opracowuje laserowe metody wykonywania metalowych wykładzin takich magazynów. Prace koncentrują się na procesach spawania oraz powłokach ochronnych dla stalowych wykładzin. Muszą one wytrzymywać wysokie ciśnienie, zapobiegać wyciekom wodoru oraz być odporne na degradację wywołaną kontaktem z wodorem podczas długotrwałej eksploatacji. Celem projektu jest opracowanie bezpiecznych, ekonomicznych i moĹźliwych do standaryzacji systemów magazynowania dla róĹźnych lokalizacji w Europie.

„Wodór moĹźe przenikać do stali i z czasem powodować jej kruchość. Stanowi to powaĹźne wyzwanie dla stalowej wykładziny kawerny magazynowej” – wyjaśnia dr Yingwei Wu z grupy zajmującej się wytwarzaniem przyrostowym i regeneracją (LMD) w instytucie Fraunhofer ILT. „Dzięki zastosowaniu odpowiednich powłok ochronnych oraz właściwych procesów łączenia laserowego chcemy zapobiec przenikaniu wodoru do materiału i powstawaniu uszkodzeń. W ten sposób moĹźemy przyczynić się do wydłuĹźenia okresu eksploatacji i zwiększenia bezpieczeństwa magazynów”.

Efektywna produkcja wodoru i opłacalna wytwarzanie energii

Elektroliza stanowi początek łańcucha wartości wodoru. RównieĹź w tym obszarze instytut Fraunhofer ILT stosuje procesy laserowe. Naukowcy opracowują technologie dla róĹźnych metod elektrolizy, w tym elektrolizy PEM, alkalicznej oraz wysokotemperaturowej. W zaleĹźności od typu ogniwa, lasery wykorzystuje się do takich zadań jak strukturyzacja, nakładanie powłok, cięcie czy łączenie komponentów.

Nie chodzi tu jedynie o wydajność poszczególnych elementów. Równie istotna jest kwestia opłacalnej produkcji elektrolizerów na dużą skalę. Przykładem jest projekt KISSSEs, w ramach którego Fraunhofer ILT opracowuje wspomagane sztuczną inteligencją (AI) procesy spawania i cięcia laserowego tytanowych siatek cięto-ciągnionych, stosowanych w elektrolizerach PEM. Precyzyjne spawanie laserowe zmniejsza rezystancję styku elektrycznego i moĹźe wyeliminować konieczność stosowania kosztownych powłok z metali szlachetnych, natomiast cięcie laserowe z wykorzystaniem AI pozwala zoptymalizować krawędzie elementów.

Sathishkumar Natarajan (po lewej) i Manuella Guirgues z instytutu Fraunhofer ILT pracują nad wspomaganym laserowo suszeniem warstw elektrod do ogniw paliwowych. Proces ten znacząco skraca czas suszenia, a tym samym moĹźe zwiększyć wydajność produkcji ogniw paliwowych. © Fraunhofer ILT, Akwizgran, Niemcy.

Technologia produkcji odgrywa równieĹź kluczową rolę w procesie przetwarzania wodoru z powrotem na energię elektryczną w ogniwach paliwowych. Kluczowym elementem jest tu zespół membrana-elektroda (ang. *Membrane Electrode Assembly* – MEA). Stanowi on jeden z najwaĹźniejszych podzespołów ogniwa paliwowego PEM i musi być wytwarzany w sposób niezawodny, opłacalny oraz na dużą skalę.

To właśnie w tym obszarze instytut Fraunhofer ILT podejmuje działania wraz ze swoimi partnerami. Celem jest dalszy rozwój produkcji zespołów MEA na dużą skalę. W tym zakresie prowadzone są wspólne prace nad nowymi materiałami na membrany pokryte katalizatorem, a takĹźe nad procesami druku i nakładania powłok oraz systemem kontroli jakości typu *in-line*. Opracowywane procesy mają zostać zintegrowane i przetestowane na linii pilotaĹźowej.

Oprócz tych rozwiązań, Fraunhofer ILT pracuje nad procesami laserowymi dla kilku etapów produkcji MEA. Szybkie laserowe suszenie warstw elektrod PEM pozwala skrócić czas suszenia z kilku minut do zaledwie kilku sekund, przy jednoczesnym obniĹźeniu zuĹźycia energii i znacznym zmniejszeniu powierzchni zajmowanej przez urządzenia. Inne stosowane metody obejmują laserowe czyszczenie miejsc łączenia oraz póĹşniejsze laserowe łączenie zespołu MEA z ramą.

„W przypadku zwiększania skali produkcji ogniw paliwowych liczy się kaĹźda sekunda i kaĹźdy metr kwadratowy powierzchni produkcyjnej” – mówi Manuella Guirgues z grupy zajmującej się procesami cienkowarstwowymi w instytucie Fraunhofer ILT. Procesy laserowe pozwalają na nowo przemyśleć poszczególne etapy produkcji MEA oraz uczynić je bardziej kompaktowymi i łatwiejszymi do wdroĹźenia w liniach produkcji ciągłej. Jest to dokładnie to, czego potrzeba przy przejściu od procesów w skali laboratoryjnej do produkcji przemysłowej.

Płyty bipolarne i technologia Power-to-X

Oprócz zespołu membrana-elektroda, na wydajność, trwałość i koszt ogniwa paliwowego wpływa równieĹź płyta bipolarna. Dlatego instytut Fraunhofer ILT opracowuje procesy laserowe dla kilku etapów jej produkcji: od nadawania struktury powierzchni i nakładania powłok, aĹź po cięcie i spawanie zapewniające szczelność w kontakcie z wodorem.

Projekt badawczy HyCoFC pokazuje, jak moĹźna łączyć nowe materiały z procesami laserowymi. W ramach projektu powstają wielkoformatowe, hybrydowe płyty bipolarne typu kompozytowego, przeznaczone m.in. do pojazdów ciężarowych. Płyty te łączą metalową folię nośną z przewodzącą folią kompozytową.

W laboratorium Hydrogen Lab instytutu Fraunhofer ILT, we współpracy z partnerami projektowymi i przedsiębiorstwami, opracowywane są laserowe procesy wytwarzania na potrzeby technologii wodorowych. Infrastruktura ta umoĹźliwia badanie i dalszy rozwój zarówno poszczególnych etapów procesu, jak i kompletnych ciągów produkcyjnych w warunkach rzeczywistych. © Fraunhofer ILT, Akwizgran, Niemcy.

Fraunhofer ILT opracowuje procesy laserowe służące do kształtowania struktury powierzchni, selektywnego usuwania poszczególnych warstw materiału oraz łączenia róĹźnych materiałów. Precyzyjna obróbka miejscowa pozwala na dostosowanie właściwości płyty hybrydowej bez niepożądanego oddziaływania na sąsiednie warstwy materiału.

Kolejną metodą przyspieszenia produkcji metalowych płyt bipolarnych jest spawanie z uĹźyciem dwóch wiązek lasera. Proces ten wykorzystuje jednocześnie dwie wiązki, skracając czas obróbki typowego konturu płyty bipolarnej z około 4,6 do 2,4 sekundy. W obszarze nakładania się dwóch pól skanowania obie wiązki mogą oddziaływać na ten sam punkt, co pozwala selektywnie wpływać na dynamikę jeziorka spawalniczego; umoĹźliwia to uzyskanie większych prędkości spawania i zapobieganie typowym wadom, takim jak nierówności grani (tzw. *humping*), bez pogarszania jakości spoiny.

Wiele z tych procesów moĹźna badać nie tylko oddzielnie, ale takĹźe w ramach kompletnych ciągów produkcyjnych w laboratorium Hydrogen Lab instytutu Fraunhofer ILT. Do tego celu udostępniono stanowiska badawcze i testowe wykorzystujące technologię laserową, zajmujące powierzchnię około 300 metrów kwadratowych. Naukowcy i przedstawiciele firm mogą tam testować zarówno poszczególne etapy procesu, jak i wzajemne oddziaływanie wielu procesów w warunkach rzeczywistych.

Wodór pełni jednak funkcję nie tylko nośnika energii dla ogniw paliwowych czy medium magazynującego energię. SłuĹźy równieĹź jako surowiec do wytwarzania innych nośników energii i produktów chemicznych. RównieĹź w przypadku takich zastosowań typu Power-to-X instytut Fraunhofer ILT opracowuje laserowe procesy wytwarzania komponentów i systemów, które muszą wytrzymać znaczne obciążenia termiczne, chemiczne lub mechaniczne. „Podczas targów chcielibyśmy szczególnie porozmawiać z firmami o tym, w jaki sposób technologia laserowa moĹźe wnieść realną wartość do ich łańcuchów procesowych” – wyjaśnia Matthias Laermann, odpowiedzialny za Hydrogen Lab w instytucie Fraunhofer ILT. „Nie chodzi tu tylko o pojedynczy proces. Wspólnie z partnerami nieustannie opracowujemy rozwiązania, mając zawsze na uwadze drogę do produkcji przemysłowej”.

Ĺšródło: Fraunhofer ILT