Skalierbare Fabriksysteme für die industrielle Wasserstoffproduktion (Projekt AEL4GW)

Wir schaffen die planerische Grundlage für eine industrielle Serienfertigung von Druck-Alkali-Elektrolyseuren.

Die Wasserstoffwirtschaft steht unter Zeitdruck. Industrie, Energieversorger und Politik erwarten schnell verfügbare, bezahlbare Elektrolysekapazitäten im Gigawatt-Maßstab. Doch der Engpass liegt nicht nur in der Technologie, sondern auch in der Industrialisierung.

Im Projekt AEL4GW entwickeln wir die planerischen und methodischen Grundlagen, um Druck-Alkali-Elektrolyseure effizient und skalierbar zu produzieren. Ziel ist eine Fabrikstruktur, die mit dem Hochlauf der Wasserstoffindustrie Schritt hält – technisch, wirtschaftlich und organisatorisch.
 

Vom Elektrolyseur zur Gigawatt-Fabrik

Das Projekt AEL4GW ist Teil des übergeordneten Wasserstoff-Leitprojekts H2Giga und adressiert eine zentrale Herausforderung der Energiewende: die schnelle Verfügbarkeit leistungsfähiger Elektrolysekapazitäten in industriellem Maßstab.

Im Fokus steht die Weiterentwicklung von Druck-Alkali-Elektrolyseuren für einen Betriebsdruck von bis zu 30 bar. Ziel ist es, Effizienz und Wirtschaftlichkeit so zu steigern, dass eine großskalige Serienfertigung möglich wird.

Dafür werden im Projekt unter anderem leistungsfähige Beschichtungstechniken für Elektroden, automatisierte Herstellungsprozesse für zentrale Komponenten sowie Modelle elektrochemischer Prozesse in Zellen und Stacks entwickelt. Diese Ansätze bilden die Grundlage für eine modulare Elektrolyseurarchitektur, die Produktionskapazitäten im Gigawatt-Maßstab erlaubt.

Aufbauend auf dieser Basis werden im Projektverlauf Multi-Megawatt-Elektrolyseanlagen konzipiert, die durch die Verschaltung einzelner Elektrolyseure Anlagenleistungen von über 100 Megawatt ermöglichen. Standortfaktoren fließen dabei systematisch in die Planung ein, um tragfähige Konzepte für große Anlagen zur Erzeugung von grünem Wasserstoff zu entwickeln.

AEL4GW leistet damit einen zentralen Beitrag zur Skalierung der Wasserstoffproduktion und zur Dekarbonisierung energieintensiver Industrien.

Entwicklung, Konzeption und Modellierung einer automatisierten Greenfield-Fabrik für die Serienfertigung

Ein Element des Projekts AEL4GW ist die Erstellung eines digitalen Prozess- und Fabrikmodells, das kontinuierlich mit den im Projekt erzielten Forschungsergebnissen aktualisiert wird. Das Modell basiert auf etablierten digitalen Standards wie BIM (Building Information Modeling) und bildet die Grundlage für die Planung und Umsetzung einer automatisierten Greenfield-Fabrik zur Serienfertigung von Elektrolyseuren.

Das Vorhaben erstreckt sich über alle Phasen der Fabrikplanung – von der Zielfestlegung und Konzeptionierung bis hin zum virtuellen Fabrikbetrieb, in dem die entwickelten Lösungen und Projektergebnisse eingesetzt werden.

Ein wesentlicher Bestandteil der Planungsinhalte ist die umfassende Standortanalyse. Produktionsstandorte werden dabei sowohl auf globaler als auch auf lokaler Ebene anhand spezifischer Kriterien bewertet. Diese Analyse ermöglicht eine präzise Abstimmung der Produktionsstrategie auf den jeweiligen Standort und unterstützt die Identifikation von Handlungsfeldern zur Absicherung des Fabrikbaus im vorgegebenen Zeit-, Kosten- und Qualitätsrahmen.

Darauf aufbauend werden Produktions- und Logistikprozesse analysiert, um gezielt Optimierungspotenziale für die Industrialisierung der Elektrolyseurproduktion aufzudecken. Auf Basis der Grundlagenermittlung liegt der Fokus der Konzepterstellung auf der Dimensionierung und Strukturierung des Produktionssystems, um die Skalierbarkeit der Fertigung sicherzustellen.

Dies umfasst die Entwicklung von Produktions- und Fabrikkonzepten mit steigendem Detaillierungsgrad, die flexibel an die jeweiligen Randbedingungen der Planung angepasst werden können. Über eine systematische Variantenerstellung lassen sich Layoutkonzepte auf unterschiedlich gewichtete Zielstellungen ausrichten. Durch die Anwendung und Weiterentwicklung von Methoden und Werkzeugen der Fabrikplanung wird dabei die Effizienz des gesamten Planungsprozesses gesteigert.

Die Nutzeranforderungen werden planungsbegleitend erfasst und im Digitalen Raumbuch hinterlegt. Diese am Fraunhofer IFF entwickelte Lösung dient als gemeinsame Planungsgrundlage für alle an einem Bauvorhaben beteiligten Planungsdisziplinen.

Unsere Arbeitsinhalte im Überblick

• Ableitung von Szenarien für mögliche Produktionsstrategien und -programme sowie Spezifikation von Standortanforderungen
• Grundlagenermittlung für die Konzeptionierung einer großskaligen Elektrolyseurproduktion
• Erstellung von Produktions- und Fabrikkonzepten sowie Sicherung in einem initialen Raumbuch und Auswahl einer Vorzugsvariante
• Planung eines Feinkonzepts für detaillierte Strukturen, Prozesse und Funktionen der Gigawatt-Fabrik
• Funktionsnachweis mittels eines digitalen Fabrikmodells für eine konsistente und erfolgreiche Konzeption

Beitrag zur Nationalen Wasserstoffstrategie

Mit AEL4GW leisten wir einen konkreten Beitrag zum industriellen Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft:

• Wasserstoff wettbewerbsfähig machen
• Wasserstoff als nachhaltigen Grundstoff für die Industrie etablieren
• Stärkung der industriellen Wertschöpfung in Deutschland
• Sicherung von Marktchancen für deutsche Unternehmen