Entwicklung optimierter und automatisierter Abläufe und Standards für den Aufbau großskaliger Wasserelektrolyseure

H2Giga

Unser gesamtes Energiesystem befindet sich im Wandel und das im Zeitalter der Digitalisierung. Um diese Herausforderungen zu meistern und das bestmögliche Ergebnis zu erlangen, sind die Entwicklungen neuer Ideen und das Gehen neuer Wege unumgänglich. Diese Herausforderung soll nun mit dem Leitprojekt H2Giga des BMBF erfolgreich umgesetzt werden. Die Entwicklungsagentur Region Heide ist mit zwei Projektverbünden an dem Leitprojekt beteiligt. SYSTOGEN100 und HyPLANT100. 

H2Giga, eines der drei Wasserstoff-Leitprojekte des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), ist an den Start gegangen. Mit seinen über 130 beteiligten Institutionen aus Wirtschaft und Wissenschaft, organisiert in fast 30 eigenständig arbeitenden Verbünden, wird H2Giga die Herstellung von Grünem Wasserstoff im industriellen Maßstab entwickeln. Die Entwicklungsagentur Region Heide hat sich mit den Projekten SYSTOGEN100 und HyPLANT100 am Ideenwettbewerb der Bundesforschungsministeriums beteiligt und wurden als Teil von H2Giga ausgewählt.

Mit einem vorgesehenen Fördervolumen von insgesamt etwa 740 Millionen Euro unterstützt das BMBF Deutschlands Einstieg in die Wasserstoffwirtschaft. Die Wasserstoff-Leitprojekte bilden einen zentralen Beitrag zur Umsetzung der Nationalen Wasserstoffstrategie und ermöglichen einen großen Schritt in Richtung eines nachhaltigen Energiesystems.

HyPLANT100

Das Ziel des Projektes HyPLANT100 ist die Entwicklung eines Prototyps einer weitestgehend autonom arbeitenden intelligenten technischen Montage. Diese ermöglicht es, die betrachteten Elektrolyse-Bauteile zunächst in einer Vormontage mit weiterer Peripherie zu größtmöglichen seriellen Baugruppen (sog. Kabinetten) zu produzieren. Anschließend werden diese zur nachfolgenden Aufstellung und Installation zum finalen, großskaligen Elektrolyseur-Gesamtsystem beim späteren Standort gebracht.

Ein wichtiges Ziel innerhalb von HyPLANT100 ist dabei die Erarbeitung eines geeigneten Aufbaus der Kabinette: Die Kabinettgestalt und -struktur richtet sich u.a. nach den Anforderungen des Transports zum und am Aufstellort, dem Wunsch nach einheitlichen Schnittstellen, der Forderung nach dem Umgang mit uneinheitlichen Grundeinheiten über die Lebenszeit, den späteren Instandhaltungs- und Modifikations-ansprüchen sowie diversen technologischen Forderungen. Als weitere, in den Kabinetten montierten Komponenten, sind an dieser Stelle beispielsweise Wasseraufbereitungs-komponenten oder Stromanschlusstechnik zu nennen.

Darüber hinaus wird überprüft, wie ein Montagesystem zum Aufbau großskaliger Elektrolyseure auch als hybrides Montagesystem entwickelt werden kann. Zwischen den beiden Polen einer vollständig automatisierten bzw. manuellen Montage wurde mit hybriden Montagesystemen unter Einsatz der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) eine vielversprechende gerätetechnische Alternative zu den herkömmlichen Montagesystemen geschaffen. Hybride Montagesysteme bilden eine Mischform automatisierter und manueller Tätigkeiten. Hierbei interagieren Roboter und menschliche Arbeitskräfte in einem gemeinsamen Arbeitsbereich. Zur Interaktion ist eine Aufteilung von Arbeitsschritten in manuelle und automatisierte Inhalte erforderlich, wobei die Arbeitsinhalte individuell oder kollaborativ durchgeführt werden können. Hybride Montagesysteme weisen eine Reihe von Vorteilen auf, die sie für den industriellen Einsatz attraktiv machen. Erstens können Prozesse automatisiert werden, ohne auf die Flexibilität in der Montage verzichten zu müssen. So können menschliche Arbeitskräfte komplexe und nicht formstabile Bauteile einfacher handhaben und auf komplexe Situationen eingehen, wohingegen der Roboter äußerst effizient für monotone und sich wiederholende Tätigkeiten eingesetzt werden kann. Darüber hinaus kann durch die Übernahme potenziell gefährlicher Tätigkeiten durch den Roboter das Gefahrenpotenzial für die menschlichen Arbeitskräfte vermindert werden.

Ein weiteres wichtiges Ziel ist nach der Analyse die Sicherung der Flexibilität des Automationsprozesses/der Roboterprogrammierung, die sich an die jeweilige Situation anpasst. Um zukünftig eine hohe Variantenvielfalt an verschiedenen Elektrolyseuren in der Vor- wie auch der Baustellen-montage zu gewährleisten, können keine starren Roboterprogramme eingesetzt werden. Diese würden mit jeder weiteren Komponente oder jedem zusätzlichen Systembauteil komplexer und nicht mehr handhabbar. Stattdessen ist angestrebt, dass die Produktkomponenten selbst die notwendigen Informationen, wie sie zu verarbeiten sind, mitführen. Die Roboter lesen diese Informationen am Bauteil aus und integrieren die Information in das Programm. So soll die reine Steuerungssoftware schlank, überschaubar und flexibel für eine hohe Variantenvielfalt gehalten werden.

Die Projektergebnisse sollen dazu dienen, die Möglichkeiten einer intelligenten Montage und Aufstellung von Elektrolyseuren zu einem großskaligen Elektrolysesystem zu demonstrieren und eine anlagentechnische Verbreitung und weitreichende Nutzung unterschiedlicher Konfigurationen – auch unterschiedlicher Hersteller - vorzubereiten. Um das wirkungsvoll zu erreichen, soll im Ergebnis des Vorhabens ein skalierbares arbeitsfähiges Funktionsmuster entstehen, das anschließend in eine breite Anwendung gebracht werden kann.

Zukünftig werden für alle Tätigkeiten in diesem Zusammenhang auch Fachkräfte mit entsprechenden Qualifikationen benötigt. Daher wird bei HyPLANT100 begleitend zu Forschung und Entwicklung ein Schulungskonzept entwickelt, mit dem Fachkräfte angepasst auf die zukünftigen Anforderungen als „Wasserstoff Fachkraft“.

Gesamtkoordination: Entwicklungsagentur Region Heide AöR