Forschung: Wiederverwertung von Brennstoffzellen

Mehrere Fraunhofer-Institute kooperieren, um die Wiederverwertung von Brennstoffzellen zu ermöglichen. Vier Fraunhofer-Institute gehen dieser Aufgabe im Verbund Stack to Piece (Stack2P) des Nationalen Aktionsplans Brennstoffzellen-Produktion (H2GO) nach. Das Ziel: bereits vor Beginn der industriellen Großserienproduktion von Stacks ein Produktdesign zu beeinflussen, das eine zerstörungsfreie Demontage erleichtert.

Konkret lautet das Projektziel, ein umfassendes Konzept der Wiederverwendung (Reuse), Wiederaufbereitung (Refurbishment), Reparatur (Repair) oder – wo unumgänglich – des Recyclings für sämtliche Teile und Komponenten des Stacks zu entwickeln. Ein Beispiel: Gehäuse sollten so konzipiert sein, dass sie mehrfach verwendbar sind. Das soll selbst für Dichtungen gelten.

Demontageprozesse müssen dabei den komplexen Aufbau von Brennstoffzellensystemen berücksichtigen. Als Herzstück einer Brennstoffzelle fungiert die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) mit der Protonenaustauschmembran, in der die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie stattfindet. Zwei Bipolarplatten umschließen sie. Mehrere in Serie geschaltete Brennstoffzellen bilden dann ein Stack (Stapel). Beim zerstörungsfreien Zerlegen eines Stacks gilt es, zahlreiche Fügeverbindungen zu lösen und dabei die höchstens 0,10 mm dünnen Bipolarplatten nicht zu beschädigen.

Wiedergewinnung von Platin

Heutige Zerlegungsprozesse sind weitgehend noch manuell und für eine künftige effiziente Wiedergewinnung von Bauteilen und Komponenten im industriellen Maßstab nicht geeignet. Stack2P betrachte daher die gesamte Prozesskette. Diese reiche von der Datenerfassung (Typ des Stacks) über das Entstapeln (Abnehmen) und automatisierte Trennen aller Komponenten bis zur Entnahme der MEA. Das Fraunhofer IKTS prüft den Zustand der Brennstoffzellen am Ende ihrer Nutzung. Das Fraunhofer IST entwickelt ferner eine Recyclinglinie und nachhaltige Recyclingkonzepte für PEM-Brennstoffzellen. Ein Fokus sind chemische Prozesse zur Zerlegung der MEA, um das teure Edelmetall Platin wiederzugewinnen.

Arbeitsschwerpunkte für das Fraunhofer IWU sind Verfahren zur mechanischen Trennung der Komponenten, also automatisierte Demontage-Prozesse einschließlich Erkennen und Lösen von Fügeverbindungen und nicht zuletzt die Entwicklung von Richtlinien und Prozessen für Produkt und Produktion. In Wolfsburg baut das Fraunhofer IWU nun zusammen mit dem Industriepartner Aumann Limbach-Oberfrohnau GmbH eine Forschungs-Anlage zur vollautomatisierten Zerlegung von Brennstoffzellen-Stacks auf; das Fraunhofer IFAM errichtet gleichzeitig am Standort Bremen ein Entstapel-Modul, um Erkenntnisse zu Klebeverbindungen zu gewinnen.

17.3.2023 | Quelle: Fraunhofer IWU | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH