Horiba
Festoxidtechnologien (engl. Solid Oxide Cells, kurz SOC) sind effizient und gut thermisch integrierbar. Festoxid-Elektrolyseure können zudem zur Gewinnung von Synthesegas aus Kohlenstoffdioxid in der chemischen Industrie eingesetzt werden.
Faktor Tausend nötig
Der aktuelle jährliche Output von SOC liegt im unteren dreistelligen Megawattbereich, müsste bis 2035 auf einen hohen dreistelligen Gigawattbereich steigen, um Klimaziele wie das Pariser Klimaabkommen (UN) oder den European Green Deal einhalten zu können. Trotz unsicherer Datenlage zum dafür nötigen Bedarf ist sicher, dass der Ausbau der weltweiten Produktionskapazitäten dafür exponentiell sein müsste. Technologisch stehen dem bisher zeit- und kostenintensive Füge- und Reduktionsprozesse im Weg.
Die automatisierte Fertigung von SOC-Stacks ist technisch anspruchsvoll. Aus Effizienzgründen erscheint die parallele Verarbeitung mehrerer Stacks in einem Ofen sinnvoll. Dabei ist eine gleichmäßige Temperaturverteilung essenziell, um die Stackqualität hoch und gleichzeitig die Ausschussrate gering zu halten. Abweichungen von mehr als ±5 Kelvin können bereits gravierende Auswirkungen auf das Produktionsergebnis haben. Zudem spielt beim Fügen und Reduzieren von mehreren Stacks die mechanische Belastung eine zentrale Rolle – sie entscheidet über Dichtheit und damit über die Funktionalität des Stacks. Eine automatisierte und reproduzierbare Produktion mit integrierter Qualitätskontrolle vermeidet solche Probleme.
Vier Stacks auf einen Streich
Die Mehrfach-Fügestationen von Horiba FuelCon ermöglichen für SOC-Stacks einen automatisierten Füge-, Reduktions- und Qualitätssicherungsprozess innerhalb einer einzigen Anlage. Je nach Stackdesign und gewünschtem Output können in einer Fertigungslinie bis zu vier Stacks gleichzeitig in den jeweiligen Prozessschritten verarbeitet werden. Bei höherem Produktionsbedarf benötigt man mehrere Produktionslinien.
Das Automatisierungssystem Horiba TestWork steuert die Prozessschritte und überwacht und regelt fortlaufend Soll- und Ist-Parameter wie Temperatur, Druck, Mediendurchflüsse sowie Prüflingsstrom und -spannung in Echtzeit. Die Sollwerte sind durch den Anwender frei konfigurierbar.
Die einheitliche Automatisierungssoftware und Systemarchitektur sorgen dafür, dass sich optimierte Produktionsprozesse auf weitere Anlagen übertragen lassen. Die MQTT-Schnittstelle ermöglicht die Einbindung in ein MES (Manufacturing Execution System), um mehrere Anlagen während des Hochlaufs der Produktion steuern und überwachen zu können. Optional lässt sich auch die Qualitätssicherung direkt in den Prozess integrieren.
In einer realen Pilotanlage wurde so eine fehlerfreie Produktion von rund 95 % erreicht, wobei die verbleibenden 5 % Ausschuss nicht zwingend auf die Anlagen selbst zurückzuführen sind.
Capex sinkt um fast ein Drittel
Verglichen mit bisherigen Einzellösungen konnten die Investitionsausgaben (CapEX) mit der aktuellen Generation der Mehrfach-Fügestationen um etwa 32 % reduziert werden. Gleichzeitig sind die Betriebsausgaben (OpEX) der Anlagen um rund 24 % gesunken. Im gleichen Zeitraum ist die Overall Equipment Efficiency (OEE) um 3 % gestiegen.
Zusätzlich entfallen Prozessschritte, was die Personalkosten senkt. Überwachung und elektronische Dokumentation funktionieren effizienter und erhöhen die Transparenz der Produktionsabläufe.
Für Hersteller bieten Mehrfach-Fügestationen eine Möglichkeit für einen kostengünstigen Hochlauf der SOC-Stackproduktion mit verlässlich planbaren Investitionen. Auch beim Einsatz für hohe Stückzahlen bleiben die Anlagen kundenindividuell anpassbar. So können Mehrfach-Fügestationen dazu beitragen, dass Festoxid-Zellen ihre Vorteile beim Wasserstoffhochlauf ausspielen.
