von Sven Jösting | Dez 20, 2023 | 2023, Aktien, Börse, Entwicklung, Markt, News, Stock Market
Das bekannte Gorbatschow-Zitat „Wer zu spät kommt, den bestraft das Leben“ könnte man derzeit auch umgekehrt auf das Thema Wasserstoff anwenden: Wer zu früh kommt, den bestraft die Börse. Die Aktien von H2-Unternehmen notieren auf einem Kursniveau, als hätte das Supermolekül keine Zukunft. Weit gefehlt! Die Börsenweisheit der Contrary Opinion empfiehlt, an der Börse das Gegenteil von dem zu tun, was die Mehrheit der Anleger tut.
Warren Buffett würde ergänzen, dass man an der Börse seine Meinung nicht ändern sollte, wenn die allgemeine Stimmung dies nahelegt. Im Gegenteil: Aktien kaufen, deren Story einfach „rund“ ist, und sich trotz kurzfristiger Störfaktoren nicht aus der Ruhe bringen lassen, sofern die Aussichten stimmen. Angesichts der aktuellen Situation gibt es viele Meinungen, die Wasserstoff und Brennstoffzelle kritisch sehen. Auch der zunehmende Einsatz von Batterien wird dann ins Feld geführt und deren Vorteile unterstrichen, wie Energiedichte, Reichweite, neue Materialien und Recycling. Doch das ist kein überzeugendes Gegenargument, denn es gibt ja Synergien zwischen Batterie und Wasserstoff. Wendet man aber die oben genannte Contrary Opinion auf die Aktien der H2-Branche an, so sollte man jetzt kaufen und verbilligen oder sich an der Börse ganz neu mit diesem Themenkomplex auseinandersetzen, da die Kurse den Boden erreicht haben und es allmählich und nachhaltig nach oben gehen wird.
Die Börse lebt von Phantasie, und die ist hier eindeutig vorhanden – Klimawandel und Dekarbonisierung geben den Takt vor. Täglich werden weltweit Projekte angekündigt, die sich mit der Erzeugung und Nutzung von Wasserstoff in verschiedenen Anwendungen und Märkten beschäftigen. All dies ist real, auch wenn die Umsetzung noch einige Zeit in Anspruch nehmen wird und sich einige Projekte noch in der Planungsphase befinden. Weltweit sind Projekte mit einem Volumen von über 500 Mrd. US-$ ausgerufen – und wahrscheinlich sind erst fünf bis zehn Prozent davon in der konkreten Umsetzung. Wohlgemerkt: Das sind klar definierte Projekte.
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Unterschiedliche Geschwindigkeiten
Der Hochlauf und die konkrete Umsetzung von Wasserstoff-Projekten erfolgen unterschiedlich schnell – von Region zu Region, von Land zu Land, von Unternehmen zu Unternehmen. Die Gründe dafür sind mannigfaltig. Oft ist es die Regulatorik, die wichtige Entwicklungen verhindert, verzögert oder aber im Gegenteil auch beschleunigt.
Aktuelle Beispiele: Vor wenigen Wochen hat US-Präsident Biden ein Programm in Höhe von sieben Mrd. US-$ auf den Weg gebracht, das den Bau von sieben H2-Hubs in den USA fördert. Das Gute daran: Privates Kapital in Höhe von zusätzlich 40 Mrd. US-$ wird durch den 7-Mrd.-$-Anschub marktwirtschaftlich angereizt. Und so wie der Inflation Reduction Act den Unternehmen pragmatisch Kapital zur Verfügung stellt, sollten andere Länder und Wirtschaftszonen ebenfalls vorgehen, um eine vergleichbare Dynamik zu entfachen.
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Interessant ist der Blick auf manche Märkte wie den Transport per Lkw auf der Langstrecke. Einig ist sich die Mehrheit der Lkw-Hersteller, dass insbesondere für schwere Güter der Wasserstoff der Energieträger sein wird, auf der Kurzstrecke die Batterie oder beides als Hybrid – je nach Einsatzfeld und Radius. Emissionsgesetze und CO2-Abgaben werden den Übergang vom Diesel zu Wasserstoff und Batterie notwendig machen. Wir sprechen da von mehreren Millionen Lkw, die Schritt für Schritt auf die Zukunft getrimmt werden müssen.
Parallel wird die Lade- bzw. Betankungsinfrastruktur aufgebaut. Tesla mit seinem Supercharger-Network ist dafür ein gutes Beispiel, weil das Unternehmen selbst das Henne-Ei-Problem gelöst hat. Dass der Hochlauf dennoch ein paar Jahre benötigt, liegt auf der Hand. Unternehmen wie Ballard Power, Cummins Engine, Nikola Motors, Hyzon Motors und viele andere sind dabei, sich perfekt für den Hochlauf zu positionieren. Und was für den Schwertransport gilt, trifft in ähnlicher Form auch auf die Schifffahrt (hier wieder Ballard, Bloom Energy, Cummins) und den Schienenverkehr zu. Wer sich da als Unternehmen technologisch richtig aufstellt und die notwendigen Kapazitäten schafft, der profitiert von der künftigen Entwicklung.
Südkorea und Japan gehen voran, ebenso China. In den USA ist es Kalifornien, das als leistungsstärkster US-Bundesstaat das Potential von Wasserstoff voll erkannt hat. Interessant ist auch der Blick auf die Weltkarte in Sachen Ammoniak als Basis für den Transport von regenerativ erzeugtem Wasserstoff: 177 Großprojekte sind weltweit ausgerufen – die Produktion von Wasserstoff und der Transport über lange Strecken via Ammoniak (NH3) wird damit ab dem Jahr 2026 stark zunehmen, was zugleich auch dafür sorgt, dass Wasserstoff in immer größeren Mengen zu fallenden Kursen verfügbar sein wird (bis auf 1 US-$ pro Kilogramm, so die Prognose für die kommenden 10 bis 15 Jahre).
Auf den großen Fachkongressen und Messen herrscht gerade Hochstimmung, auch wenn die Unternehmen wissen, dass manches Projekt in der Umsetzung dauern wird – länger als gedacht. Die Vielzahl von Partnerschaften und Projektbeschreibungen lässt es gar nicht zu, nicht optimistisch zu sein. Nach meiner Einschätzung wird ein Boom entstehen, der seine Grundlage und einen Turboeffekt durch die Entwicklung in Ländern wie China bekommt.
Analogie zu 2020
Die Börse tritt meiner Meinung nach in eine neue Phase ein, die mit der Zeit von 2017 bis 2020 verglichen werden kann, als es zu Kursexplosionen bei H2-Aktien kam. Der Unterschied zwischen den Jahren um 2020 und denen von 2024 bis 2030 liegt aber darin, dass es in Zukunft einen stetigen, langfristigen und nachhaltigen Aufschwung der H2-Branche geben wird – sicherlich auch wieder mit mancher Kursübertreibung nach oben wie nach unten, aber im Trend steigend.
Die Unternehmen haben Produktionskapazitäten aufgebaut, ihre Produkte optimiert, die Geschäftsmodelle neu ausgerichtet und bereiten sich auf den Hochlauf vor. Sie werden liefern können, wenn der Markt es verlangt. Die Börse wird dies Schritt für Schritt wieder antizipieren, sofern die Industrie beweist, dass man mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff Geld verdienen kann. Dann hinkt der Vergleich mit den Jahren von 2017 bis 2020 insofern, als die Kurse in der Zukunft nachhaltig steigen werden, weil ein neuer Megatrend seinen Lauf nimmt – weltweit.
Es bedarf aber einer Differenzierung der verschiedenen BZ-Branchen und einzelnen Unternehmen. Da kommt es darauf an, wie man sich als Unternehmen in den „richtigen Märkten“ positioniert, denn der Wettbewerb bezüglich der Gewinnmargen nimmt parallel ebenfalls zu. Zum Beispiel ist die Herstellung von Elektrolyseuren in China bis zu 70 Prozent günstiger als im weltweiten Wettbewerb. Unternehmen, die am Verbrauchsgut (Consumable) und dem Rohstoff Wasserstoff (Commodity) Geld verdienen, werden von der Börse meines Erachtens besser bewertet als reine Anlagenbauer. Die Geschäftsmodelle werden die Entwicklung der Aktienkurse unterschiedlich beeinflussen, denn am Ende zählt der Return on Investment (ROI), der Unternehmensgewinn.
Was Sie aber als Anleger benötigen, ist Gelassenheit und Zeit. Kaufen und liegen lassen und peu à peu nachkaufen, um einen guten Durchschnittskurs zu erreichen. Sicherer als Einzelinvestments sind dabei natürlich H2-Fonds (ETF), von denen es reichlich gibt und die sich alle nicht groß unterscheiden in der Zusammensetzung der Titel: nach dem Cost-Average-Prinzip immer mal nachkaufen. Bedenken Sie: Auch Facebook, Tesla, Google, Amazon waren nicht gleich am Anfang eine Erfolgsstory, sondern erst nach diversen Anfangsjahren, die enormen Kapitaleinsatz erforderten und auch logische Verluste in der Aufbauphase begründeten.
Buchtipp:
Risikohinweis
Jeder Anleger sollte sich bei der Anlage in Aktien immer seiner eigenen Risikoeinschätzung bewusst sein und auch an eine sinnvolle Risikostreuung denken. Die hier genannten BZ-Unternehmen bzw. Aktien stammen aus dem Bereich der Small- und Mid-Caps, das heißt, es handelt sich nicht um Standardwerte, und auch ihre Volatilität ist deutlich höher. Dieser Bericht stellt keine Kaufempfehlung dar. Alle Informationen basieren auf öffentlich zugänglichen Quellen und stellen hinsichtlich der Bewertung ausschließlich die persönliche Meinung des Autors dar, der seinen Fokus auf eine mittel- bis langfristige Bewertung und nicht auf kurzfristige Gewinne legt. Der Autor kann im Besitz der hier vorgestellten Aktien sein.
Autor: Sven Jösting, verfasst am 15. Dezember 2023
von Sven Jösting | Dez 19, 2023 | 2023, Aktien, Allgemein, Börse, Entwicklung, Markt, News, Stock Market
Meine Nummer eins in diesem Segment ist und bleibt Bloom Energy, auch wenn der Aktienkurs trotz der jüngsten Kursavancen die Perspektiven nicht annähernd widerspiegelt. Im dritten Quartal konnte der Umsatz um fast 37 Prozent auf über 400 Mio. US-Dollar gesteigert werden. Vieles spricht dafür, dass auch das laufende vierte Quartal einen kräftigen Sprung nach oben machen wird – 1,4 bis 1,5 Mrd.US-$ sollen es für 2023 insgesamt werden. Die Non-GAAP-Gewinnmarge konnte im Quartal um beachtliche 12,4 Prozent auf 31,6 Prozent auf Jahresbasis gesteigert werden. Der Non-GAAP-Gewinn im dritten Quartal betrug 51,8 Mio. US-$ = eine Verbesserung um 80,3 Mio. US-$ gegenüber einem Non-GAAP-Verlust von 28,5 Mio. US-$ in 3/2022. Ich konzentriere mich hier auf die Non-GAAP Zahlen, da hier Sonderfaktoren und Einmaleffekte herausgerechnet werden.
Im Jahr 2024 soll Bloom nicht nur Cashflow-positiv, sondern auch operativ profitabel sein. Der Cash-Bestand von 650 Mio. US-$ zum Ende des dritten Quartals ist auch unter dem Aspekt zu sehen, dass die Materialbestände wertmäßig auf über 400 Mio. US-$ (Capital Employed) stark aufgestockt wurden, so dass man bestehende Aufträge schnell abarbeiten kann und aufgrund der vorhandenen Teile keinen Lieferkettenproblemen ausgesetzt ist.
Produktionsstätten zentral zusammengelegt
Bloom konzentriert sich voll und ganz auf den Standort Fremont, weil dort die Produktion hocheffizient automatisiert ist: State-of-the-Art-Facility. Das hatte zur Folge, dass man sich von fast 100 Mitarbeitern trennte (Overhead in Sunnyvale), was so interpretiert wurde, dass es dem Unternehmen nicht gut ginge (Kommentare in Chatrooms und Analysen) – mitnichten die richtige Interpretation, denn durch höhere Automatisierung werden Kosten eingespart. Alles hat zwei Seiten.
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Spannend ist der Ausblick, den CEO K. R. Sridhar gibt: Der enorm steigende Energiebedarf – etwa auch für künstliche Intelligenz – wird das Geschäft von Bloom und seinen Energieservern treiben, denn es geht nicht nur um saubere Energie in der Menge, sondern auch um deren permanente Verfügbarkeit (24/7) und Sicherheit. Power-to-Heat-Modelle ermöglichen die gleichzeitige Nutzung der erzeugten Energie für Strom und Wärme, da die im Prozess erzeugte Energie und deren Abwärme sofort wieder für Wärme (Prozesswärme) und auch für Kühlung genutzt werden können. Der perfekte Kreislauf. Da die Stromnetze an ihre Kapazitätsgrenzen stoßen, rücken Insellösungen wie die von Bloom in den Fokus vieler Unternehmen. Setzt man vorübergehend noch auf Erdgas, so wird dieses sukzessive durch Wasserstoff in seinen vielen Farben ersetzt werden.
Parallel dazu wird die eigene Carbon-Capture-Technologie den CO2-Fußabdruck reduzieren. Hier macht Sridhar auch interessante Andeutungen, die sich auf das Potenzial der eigenen Hochtemperatur-Elektrolyse SOEC beziehen. Immerhin ist Bloom mit seiner Elektrolyse-Technologie an vier von sieben Hydrogen-Hub-Projekten der Biden-Administration beteiligt (sieben Mrd. US-$ Investition in sieben über die USA verteilte H2-Produktionszentren). Das Geschäft mit der Elektrolyse wird 2024 anlaufen, dann aber ab 2025 richtig zum Wachstum des Unternehmens beitragen. CEO Sridhar sagte: „Bloom Energy arbeitet auf hohem Niveau an Innovation und Wachstum.“ Fazit: Die Börsenstory ist rund. Im Jahr 2024 sollten wir wieder Kurse über 30 US-$ sehen, wenn die Prognosen des Unternehmens eintreffen.
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Risikohinweis
Jeder Anleger sollte sich bei der Anlage in Aktien immer seiner eigenen Risikoeinschätzung bewusst sein und auch an eine sinnvolle Risikostreuung denken. Die hier genannten BZ-Unternehmen bzw. Aktien stammen aus dem Bereich der Small- und Mid-Caps, das heißt, es handelt sich nicht um Standardwerte, und auch ihre Volatilität ist deutlich höher. Dieser Bericht stellt keine Kaufempfehlung dar. Alle Informationen basieren auf öffentlich zugänglichen Quellen und stellen hinsichtlich der Bewertung ausschließlich die persönliche Meinung des Autors dar, der seinen Fokus auf eine mittel- bis langfristige Bewertung und nicht auf kurzfristige Gewinne legt. Der Autor kann im Besitz der hier vorgestellten Aktien sein.
Autor: Sven Jösting, verfasst am 15. Dezember 2023
von Sven Jösting | Dez 19, 2023 | 2023, Aktien, Börse, Markt, News, Stock Market
Der Aufbau verschiedener Produktionslinien für Stacks steht bei Ballard Power im Mittelpunkt. Damit kann das Unternehmen in den nächsten Jahren entsprechend dem Hochlauf agieren und liefern. Mit noch knapp 800 Mio. US-$ auf der Bank ist Ballard in der komfortablen Situation, alle Investitionen aus eigener Kraft stemmen zu können. Dass das Unternehmen an der Börse nur mit knapp einer Mrd. US-$ bewertet wird, erscheint angesichts der Perspektiven unverständlich.
Strategisch interessierte Unternehmen könnten und sollten die Chance nutzen und bei Ballard einsteigen, solange die Börsenbewertung so niedrig ist. Ob noch einmal ein Herr Adani anklopft? Oder Automobilzulieferer wie Dana, Tyco oder Magna? Alles möglich. Der einzige Schutz dagegen: deutlich höhere Aktienkurse, also eine Börsenbewertung, die den Zukunftsaussichten entspricht.
Zahlenwerk hat nur wenig Aussagekraft
Die aktuellen Umsätze werden in den nächsten Jahren dramatisch übertroffen werden, wenn der Hochlauf der BZ-Märkte für Nutzfahrzeuge aller Art, Schiffe und Schienenfahrzeuge beginnt. Insofern sind die Quartalsverluste 2023 und 2024 hohen F&E-Aufwendungen und eben dem Kapazitätsaufbau geschuldet und wenig bis gar nicht aussagekräftig. Was wäre, wenn in einigen Jahren statt der heute noch überschaubaren Einzelaufträge von 50, 100, 200 BZ-Modulen pro Jahr 1.000, 5.000, 10.000 und mehr BZ-Module ausgeliefert würden – und das bezogen auf jeden Einzelmarkt? Dann hat Ballard die nötigen Kapazitäten und kann liefern.
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Eröffnung der BZ-Produktion von Still am Standort Hamburg
Der Gabelstaplerhersteller Still (Tochter von Kion, die mehrheitlich zur chinesischen Weichai-Gruppe gehört – die wiederum etwa 15 Prozent an Ballard Power hält) setzt auf die BZ-Stacks von Ballard Power. Am 10. November 2023 fand in Hamburg die feierliche Eröffnung einer ersten Fertigungslinie für 24-Volt-Brennstoffzellensysteme statt. Perspektivisch sollen dort 4.000 BZ-Stapler pro Jahr vom Band laufen.
7-Mrd.-US-$-Hydrogen-Hub-Plan
Ballard profitiert indirekt massiv vom geplanten Aufbau eines US-weiten Netzwerks von sieben Zentren zur Wasserstoffproduktion (Hydrogen Hubs). Denn die flächendeckende Produktion von grünem Wasserstoff ist die Steilvorlage für viele – und erst recht zukünftige – Ballard-Kunden, in Produkte zu investieren, die Wasserstoff nutzen können: Logistiker, Lkw, Busse, Schiffe, Schienenfahrzeuge und vieles mehr. In sechs der sieben Hubs sieht Ballard für sich und seine Kunden die perfekte Positionierung in Sachen Wasserstoff und Brennstoffzelle.
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Forsee Power erweist sich als Glücksgriff
Schaut man sich die aktuellen Zahlen des französischen Batterie-Herstellers Forsee Power an, muss man Ballard ein gutes Händchen bei der Investition – Ballard ist einer der größten Einzelaktionäre – bescheinigen: Ein sattes Umsatzplus von 83 Prozent im dritten Quartal auf 47,9 Mio. Euro. In den ersten neun Monaten betrug das Plus 67,6 Prozent auf 126,6 Mio. Euro. Im Gesamtjahr sollen es 160 Mio. Euro werden, 2024 dann 235 Mio. Euro, und 2028 sind 850 Mio. Euro Umsatz das Ziel.
Die beiden Unternehmen arbeiten perfekt zusammen, denn die Batterien von Forsee kommen unter anderem auch in den BZ-Systemen von Bussen und Ballard-Kunden zum Einsatz. Forsee erscheint mir bei etwa 2,50 Euro pro Aktie ein guter Kauf zu sein, wenn man die Batterie im Portfolio haben möchte und diese als Ergänzung zur Brennstoffzelle sieht.
Solaris ist der perfekte Vorreiter
Der polnische Bushersteller Solaris bestellt kontinuierlich mehr BZ-Module von Ballard, insgesamt allein in diesem Jahr schon 350 – vor kurzem kamen 62 hinzu. Da Ballard verschiedene Bushersteller als Partner für die Brennstoffzelle beliefert, ist Solaris ein sehr gutes Beispiel. Dieser Markt steht erst am Anfang, und Ballard hat als Nummer eins und Frontrunner bereits die Erfahrung von über 100 Mio. gefahrenen Kilometern. Der Newsletter Information Trends sieht den Markt für BZ-Langstreckenbusse generell als einen der am schnellsten wachsenden Wasserstoff-Märkte.
In den nächsten 15 Jahren sollen weltweit über 73,4 Mrd. US-$ in neue BZ-Busse investiert werden. Vorreiter ist China. BZ-Busse werden immer günstiger, auch wenn sie noch teurer sein werden als rein batterieelektrische Busse. Hier überzeugen die Argumente Reichweite und Zeit bzw. Art der Betankung. Parallel dazu wird die H2-Infrastruktur aufgebaut. Man bedenke: Ballard hat mehr als zehn große Bushersteller, die bei der Brennstoffzelle ausschließlich auf Ballard setzen. In China ist Ballard über ein Joint Venture mit Weichai Power auch Lieferant für diverse Bushersteller dort – das ist nur eine von über 30 Plattformpartnerschaften. Aktuell soll es weltweit Ausschreibungen für über 17.000 Busse geben.
Einzelaufträge werden immer größer
Randy MacEwen hat es als CEO schon gesagt: Von Kleinserien erfolgt der Hochlauf auf Großserien. Von Losgrößen von 10 bis 100 geht es jetzt massiv nach oben. Ähnliches gilt für viele andere Märkte: Der Schienenfahrzeughersteller Stadler meldet, dass man auf den Zuschlag für 25 wasserstoffbetriebene Züge warte, nachdem man in Kalifornien bereits einen Festauftrag für vier solcher Züge erhalten habe.
Bei Lkw setzen OEM-Partner wie die deutsche Quantron auf Ballard: Sie liefern unter anderem wasserstoffbetriebene Kleinlaster an Ikea. Die Plattformpartnerschaft mit Ford für den F-Max weckt große Erwartungen: Was würde es bedeuten, wenn Ballard die BZ-Module für über 10.000 Lkw pro Jahr liefern würde? Wichtig ist, dass man wie Ballard Technologieführer und auch lieferfähig (Kapazitäten) ist.
Meine einzige Sorge: Was passiert, wenn ein großer Player im Markt die Situation ausnutzt und Ballard ein Übernahmeangebot macht – so wie damals Cummins mit Hydrogenics? Eine Beteiligung eines strategischen Partners wäre indes ein Kurs-Turbo.
Risikohinweis
Jeder Anleger sollte sich bei der Anlage in Aktien immer seiner eigenen Risikoeinschätzung bewusst sein und auch an eine sinnvolle Risikostreuung denken. Die hier genannten BZ-Unternehmen bzw. Aktien stammen aus dem Bereich der Small- und Mid-Caps, das heißt, es handelt sich nicht um Standardwerte, und auch ihre Volatilität ist deutlich höher. Dieser Bericht stellt keine Kaufempfehlung dar. Alle Informationen basieren auf öffentlich zugänglichen Quellen und stellen hinsichtlich der Bewertung ausschließlich die persönliche Meinung des Autors dar, der seinen Fokus auf eine mittel- bis langfristige Bewertung und nicht auf kurzfristige Gewinne legt. Der Autor kann im Besitz der hier vorgestellten Aktien sein.
Autor: Sven Jösting, verfasst am 15. Dezember 2023
von Monika Rößiger | Dez 4, 2023 | 2023, Energiewirtschaft, Entwicklung, Europa, Meldungen, News, Politik, Wasserstoffwirtschaft
Wie entwickelt sich die türkische Energiewirtschaft?
Manchmal reicht der Gang aufs Dach, um sich einen Überblick über die wesentlichen Anlagen für Energiewende und Klimaschutz zu verschaffen: Auf dem Technologiezentrum der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW) stehen 26 Männer und Frauen, überwiegend Fachleute für erneuerbare Energien aus dem türkischen Izmir, zwischen Solarmodulen, roten Stahlflaschen mit Wasserstoff und einer Pilotanlage zur CO2-Aufnahme aus der Luft. Alles stößt auf lebhaftes Interesse und wird fotografiert, auch der Blick zum nahegelegenen Forschungswindpark. Die Delegation der Deutsch-Türkischen Industrie- und Handelskammer (AHK) erfährt hier in Hamburg-Bergedorf, wie die Freiluft-Komponenten mit den Anlagen im Gebäude zusammenwirken – etwa mit dem Elektrolyseur und der Methanisierungsanlage – wie in einer Art Miniatur-Wunderland der Energiewende.
Nicht, dass es solche Anlagen nicht auch in der Türkei gäbe; zumal das Land seit Anfang diesen Jahres eine eigene Wasserstoffstrategie hat. Auch dort ist das Ziel, die heimische Industrie mit Hilfe des flüchtigen Elements zu defossilisieren. Aber die Systemintegration und Prozessoptimierung in Hamburg beeindrucken die Ingenieure aus Izmir sichtlich und so fragen sie beim Austausch mit HAW-Wissenschaftlern detailliert nach.
Die Informationsreise der Gäste aus der drittgrößten Stadt der Türkei zu den wichtigsten Erneuerbare-Energien-Projekten und -Unternehmen in der Metropolregion Hamburg dient neben dem fachlichen Austausch auch der Anbahnung von gemeinsamen Energiewende-Projekten. Die Region um Izmir will eine Drehscheibe für erneuerbare Energien und grünen Wasserstoff werden. Ähnlich wie das hanseatische Pendant prägen Hafen, Industrie und Handel die an der Ägäis gelegene Stadt samt Umgebung. Weitere Städte und Regionen in der Türkei, die sich für Wasserstoff in Position bringen wollen, sind zum Beispiel Istanbul, Antalya und die südliche Marmara-Region.
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Abb. 2: Energiecampus Hamburg: Wasserstoff. PV-Anlage. Windräder (Forschungswindpark Curslack)
Im Januar 2023 präsentierte das Ministerium für Energie und natürliche Ressourcen der Türkei die Strategien für den Ausbau von Wasserstofftechnologien – mit Fokus auf grünem Wasserstoff. Bis zum Jahr 2030 soll eine Kapazität von zwei GW erreicht werden, bis 2035 sollen es fünf GW sein und 70 GW bis 2053. Das ist am Anfang ziemlich wenig. Wahrscheinlich werden die Ziele noch erhöht. Die Türkei will Wasserstoff nämlich nicht nur lokal herstellen, um die eigene Industrie zu dekarbonisieren, sondern: „Der Überschuss an grünem Wasserstoff soll exportiert werden.“ So teilte es die AHK auf Nachfrage mit.
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Deutsch-türkische Zusammenarbeit
Bundeswirtschaftsminister Robert Habeck und der türkische Energieminister Fatih Dönmez unterzeichneten passend dazu bereits im Oktober 2022 in Berlin eine Absichtserklärung „zur vertieften Zusammenarbeit im Bereich grüner Wasserstoff“, wie ein Sprecher des BMWK erläutert. „Die Vereinbarung wurde anlässlich des vierten Deutsch-Türkischen Energieforums abgeschlossen, einer wichtigen Plattform für den Dialog zwischen Vertretern aus Politik, Wirtschaft und Zivilgesellschaft beider Länder im Klima- und Energiebereich.“
Um die Türkei beim Klimaschutz zu unterstützen, stellt Deutschland über die KfW Kredite in Höhe von 200 Mio. Euro zur Verfügung, die „über türkische Partnerbanken dem Markt verfügbar gemacht werden sollen und insbesondere zur Förderung von EE und Energieeffizienz in der Türkei eingesetzt werden. Über die Internationale Klimaschutzinitiative (IKI) werden weitere 20 Mio. Euro für verbesserte Finanzierungskonditionen besonders innovativer Klimaschutzmaßnahmen zur Verfügung gestellt“, so das BMWK.
Abb. 3: Besichtigung des Elektrolyseurs im CC4E
Größtes Solarkraftwerk Europas
Und weil zur Herstellung von grünem Wasserstoff Ökostrom notwendig ist, will die Türkei ihre Windenergiekapazitäten auf knapp 30 GW bis 2035 erhöhen. Im Solarenergiebereich ist ein noch stärkerer Anstieg geplant: Von 9,4 GW (2022) auf rund 53 GW im Jahr 2035. Relativ unbemerkt von der deutschen Öffentlichkeit ging Anfang Mai in der zentraltürkischen Provinz Konya das größte Solarkraftwerk Europas (inklusive Kleinasiens) in Betrieb. Mit einer Leistung von 1,35 GW gehört es auch zu den größten weltweit. Rund drei Milliarden Kilowattstunden Strom pro Jahr soll die Photovoltaik-Anlage in Karapınar liefern; genug für den Bedarf von zwei Millionen Menschen in der Türkei, teilt das Unternehmen Kalyon PV mit.
Mit Hilfe von Sonne, Wind, Wasser, Geothermie und Biomasse könnte das Land seinen Strombedarf in Zukunft komplett selbst decken, heißt es in einer Analyse der türkischen Wasserstoff-Gesellschaft (NHA). Zudem solle grüner Wasserstoff dazu beitragen, erst die eigene Industrie zu dekarbonisieren, insbesondere in den Bereichen Stahl, Zement und Düngemittelproduktion, um dann schließlich den weltweit begehrten Grundstoff und Energiespeicher auch exportieren zu können.
Deutsche Kooperationspartner gesucht
„Für deutsche Unternehmen bieten sich Potenziale in den Bereichen Know-how, Projektentwicklung und Technologielösungen“, so die AHK Türkei. Wie groß die Potenziale in dem südosteuropäischen Land tatsächlich sind, das immerhin mehr als doppelt so groß wie die Bundesrepublik ist, zeigt bereits ein Blick auf den derzeitigen Stand der erneuerbaren Energien: Denn trotz seiner Größe und trotz guter Windbedingungen ist die installierte Leistung an Windkraftanlagen mit 11,4 GW (im Jahr 2022) noch relativ gering. Eine Chance also für die deutsche Windenergieindustrie, um mit türkischen Partnern ins Geschäft zu kommen? Ja, heißt es aus der Delegation, und damit meinen die Teilnehmer nicht nur große Anlagenhersteller, sondern auch kleinere und mittelgroße Unternehmen, Zulieferer und Dienstleister.
„Mit der Ankündigung der Ausbauziele für Offshore-Wind gewinnt der türkische Windmarkt neue Dynamik und Bedeutung für den Export deutscher Technologie und Know-how“, bestätigt Jan Rispens, Geschäftsführer des Branchennetzwerks Erneuerbare Energien Hamburg (EEHH), das rund 240 Unternehmen aus Norddeutschland zu seinen Mitgliedern zählt. „Seit vielen Jahren ist die Türkei ein wichtiger Windmarkt für deutsche und Hamburger Unternehmen.“ So seien beispielsweise Nordex, TÜV Nord und EnBW entweder durch eigene Niederlassungen oder Joint-Ventures mit türkischen Geschäftspartnern dort aktiv.
Doch die Umstellung von konventionellen auf erneuerbare Energien wird dauern. In den vergangenen Jahren hat das Land enorm viel Geld für die Einfuhr fossiler Rohstoffe ausgegeben, vor allem Erdgas und Öl. „Rund 97 Milliarden US-Dollar kostete der Import von Energie allein im letzten Jahr“, sagt Yıldız Onur, Handelsattaché im türkischen Generalkonsulat in Hamburg und Begleiterin der Izmir-Delegation. Damit seien die Kosten im Vergleich zum Vorjahr um beinahe 90 Prozent gestiegen. Schon aus wirtschaftlichen Gründen sei es daher sinnvoll, mehr auf Eigenproduktion von Energie zu setzen, um weniger abhängig von Importen zu sein.
Abb. 4: Methanisierungsanlage im CC4E
Nähe zu Russland
Dazu gehört für die Regierung Erdoğan bekanntlich auch Atomkraft. Ende April weihte der Staatspräsident das erste AKW des Landes ein, gebaut vom russischen Staatskonzern Rosatom, weshalb auch Kreml-Chef Wladimir Putin per Video an der Zeremonie teilnahm. Die fand übrigens am selben Tag statt, als in Deutschland und anderen Ländern die Wahllokale für die im Ausland lebenden Türken zur Stimmabgabe öffneten. Erdoğan hatte bei der AKW-Einweihung zugleich den Ausbau der Atomkraft angekündigt sowie die Ausbeutung neuer Gasvorkommen.
Das Oppositionsbündnis CHP war zwar nicht prinzipiell gegen Atomenergie, und auch nicht gegen die Suche nach neuen Gasfeldern im Schwarzen Meer. Allerdings kritisierte es die Abhängigkeit von Russland und wollte stattdessen auf „türkische Technologie“ setzen. Neue Kohlekraftwerke sollten jedoch nicht gebaut werden. Laut ihrem Programm setzte die CHP auf eine grüne Energiewende in allen Sektoren, auch in der Landwirtschaft.
Obwohl das Land am Bosporus mit der Wahl im Mai 2023 die alte Regierung bestätigt hat – am grünen Wasserstoff wird wohl trotzdem kein Weg vorbeiführen. Davon ist zumindest der Unternehmer Ali Köse überzeugt, nicht zuletzt wegen des Green Deal der Europäischen Union und dem Instrument des „Carbon Border Adjustment Mechanism“ (CBAM), wodurch in Zukunft Ausgleichszahlungen für CO2-Emissionen fällig würden. Köse ist Gründungs- und Vorstandsmitglied im türkischen Wasserstoffverband H2DER und CEO der Firma H2Energy Solutions. Das erklärte Ziel seiner Firma lautet, die Türkei „fit“ für grünen Wasserstoff zu machen und diesen nach Deutschland zu exportieren. Beispielsweise arbeitet das Unternehmen an einem H2-Mobilitäts-Projekt in Istanbul.
Auch andere Unternehmer aus diesem Bereich sondieren den Markt in der Türkei, so Köses Beobachtung. Sie vernetzen sich und bauen Partnerschaften auf. Noch fehlen allerdings die Rahmenbedingungen, um Planungssicherheit für Investoren zu schaffen. Und noch hemme die Bürokratie sogar den Ausbau von Dachsolaranlagen. „In der Türkei sind weniger Dächer mit PV belegt als in Deutschland“, sagt Ali Köse, der regelmäßig zwischen beiden Ländern pendelt. „Dabei lässt sich hier aufgrund der Sonneneinstrahlung mit jedem Megawatt an installierter PV-Leistung ungefähr doppelt so viel Strom generieren wie in Deutschland.“
von Sven Geitmann | Dez 4, 2023 | 2023, Allgemein, Deutschland, Entwicklung, Europa
Innovatives Kühlkonzept für Brennstoffzellen
H2-Brennstoffzellensysteme haben sowohl für den Bereich der Mobilität als auch für stationäre Anwendungen maßgebliche Vorteile gegenüber bereits etablierten Technologielösungen. Insbesondere zeichnen sie sich durch den emissionsfreien Betrieb, eine lange Lebensdauer sowie hohe erreichbare Wirkungsgrade aus. Oft schrecken jedoch vergleichsweise hohe Anschaffungskosten potentielle Anwender ab. Um diese Kosten zu reduzieren, sollen großserientechnisch herstellbare Bipolarplatten besonders materialsparend gestaltet werden. Durch ein innovatives Kühlkonzept können Anwendungen nicht nur günstiger, sondern auch kleiner und leichtgewichtiger realisiert werden.
Eine Verringerung des Bauraums resultiert in einer Steigerung der Leistungsdichte des Systems wie auch in einer Erhöhung der in dem System vorhandenen Wärmestromdichte. Hieraus ergeben sich große Herausforderungen hinsichtlich der effizienten Temperierung von Brennstoffzellensystemen. Neben etablierten Luft- und Flüssigkeitskühllösungen ist eine Kühlung mittels Änderung des Aggregatzustandes des Kühlmediums ein besonders vielversprechender Ansatz. Durch eine gezielte Gestaltung der geometrischen Oberflächeneigenschaften von Bipolarplatten lassen sich einerseits höhere Energiemengen abführen und andererseits die Temperaturverteilung entlang einer Bipolarplatte gezielt einstellen. Innerhalb des HZwo:FRAME-Verbundprojekts „Innovative Kühlsysteme für Brennstoffzellen“ konnte ein auf dem Phasenübergang eines Kühlmediums basierendes Kühlkonzept entwickelt und der Funktionsnachweis im Labormaßstab erbracht werden.
Höhere Anforderungen an Wärmeabfuhr
Für den effizienten Betrieb eines Brennstoffzellensystems ist eine effektive und zielgenaue Temperierung von zentraler Bedeutung. Derzeit werden in kommerziell erhältlichen BZ-Stacks zwei Kühlmethoden angeboten: Luft- und Flüssigkeitskühlung [1].
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Eine Luftkühlung zeichnet sich vor allem durch ihre konstruktive Einfachheit aus. Der technische Aufwand ist hierbei gegenüber flüssigkeitsbasierten Kühlsystemen deutlich geringer, da neben einem Lüfter keine zusätzlichen Elemente erforderlich sind. Limitiert werden die Einsatzmöglichkeiten der Luftkühlung in erster Linie durch die verhältnismäßig niedrige abführbare Wärmemenge. Außerdem führen luftgekühlte Systeme häufig zu einer stark inhomogenen Temperaturverteilung innerhalb der Brennstoffzellen, was deren Wirkungsgrad und Langzeitstabilität negativ beeinflussen kann. Aktiv luftgekühlt werden meist Stacks mit einer elektrischen Leistung unter 5 kW, die beispielsweise für stationäre Anwendungen genutzt werden.
Für die Temperierung von Brennstoffzellen-Stacks mit einer elektrischen Gesamtleistung von mehr als 5 kW, beispielsweise für Fahrzeuge, hat sich die Flüssigkeitskühlung etabliert. In flüssiggekühlten BZ-Systemen wird das Kühlmedium innerhalb eines Kreislaufs durch spezielle Kühlkanäle, welche in die Brennstoffzellen integriert sind, gepumpt. Das Kühlmedium muss die hier aufgenommene Wärme in einem nachgeschalteten Wärmetauscher wieder an die Umgebung abgeben.
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Im Rahmen aktueller Entwicklungen rücken zunehmend dünne metallische Bipolarplatten in den Fokus, da solche Bipolarplatten in Zukunft kostengünstig in Serie produziert werden können. Gleichzeitig kann die Leistungsdichte von Brennstoffzellen erhöht und somit neue Anwendungsbereiche und Miniaturisierungsmöglichkeiten von Brennstoffzellensystemen adressiert werden. Vor diesem Hintergrund werden allerdings die beschriebenen konventionellen Kühllösungen, basierend auf reiner Konvektion, in Zukunft nicht mehr dazu ausreichen, die erforderlichen Wärmemengen über die noch zur Verfügung stehenden Flächen abzuführen.
Eine Zweiphasenkühlung (auch Siedekühlung genannt) bietet die Möglichkeit, die hohen erforderlichen Wärmestromdichten, d. h. die Wärmeenergie bezogen auf die Fläche und das Zeitintervall zur Kühlung von miniaturisierten Brennstoffzellen, zu erreichen. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass beim Phasenübergang des Kühlmediums in den gasförmigen Zustand ein hoher Energiebetrag – die Verdampfungsenthalpie – benötigt wird, welcher der Brennstoffzelle während des Phasenübergangs an der Oberfläche der Bipolarplatten entzogen wird und daher in erheblichem Maße zur Kühlwirkung beiträgt. Da dieses leistungsfähige Kühlkonzept auf geringe Volumenströme des Kühlmediums angewiesen ist, kann damit auch die Leistung der erforderlichen Peripherie, wie etwa der Pumpen im Vergleich zu Luft- oder Flüssigkeitskühlungen, deutlich reduziert werden [2].
Bearbeitung mittels Laserstrahlabtragen
Die Forschungsarbeiten sind insbesondere durch das große Potential der Siedekühlung für das effiziente Wärmemanagement von Brennstoffzellensystemen motiviert. Hierbei stand die metallische Bipolarplatte als ein wesentliches Funktionselement der Brennstoffzelle im Fokus. Im Rahmen der Entwicklung mussten Designkonzepte für die neue Kühlmethode entwickelt und umgesetzt werden, wie etwa die simulationsbasierte Berechnung einer optimierten Kühlmediumströmung oder die Gestaltung beständiger Dichtungen. Schlussendlich war es vorgesehen, die metallischen Bipolarplatten aus einem 100 Mikrometer dicken Ausgangsblech umformtechnisch herzustellen und diese anschließend hinsichtlich der Anforderungen des neuen Kühlkonzepts zu modifizieren.
Ein Ziel, das im Rahmen des Projekts verfolgt wurde, war eine homogene Temperaturverteilung auf der Bipolarplatte. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde eine geeignete Oberflächenfunktionalisierung als Methode zur Beeinflussung des Wärmeübergangskoeffizienten gewählt. Eine solche Oberflächenfunktionalisierung konnte durch die Einbringung von Mikrostrukturen in Form von Einzelpulsabträgen mittels Laserstrahlbearbeitung realisiert werden. Derartige Mikrostrukturen bewirken zum einen eine Vergrößerung der realen Oberfläche der Bipolarplatte und zum anderen eine Erhöhung der Keimstellenzahl für die Blasenbildung beim Phasenübergang.
Als ein relevanter Gestaltungsparameter wurde in diesem Zusammenhang die sogenannte Mikrostrukturdichte (Anzahl Mikrostrukturen pro Fläche) durch Variation des räumlichen Abstandes zwischen den einzelnen Pulsabträgen untersucht. In Abb. 1 sind Ergebnisse der Mikrostrukturierung von Probewerkstücken bei unterschiedlichen Pulsabständen von 5 µm bis 35 µm gezeigt.
Funktionsnachweis im Labormaßstab
Zur Untersuchung des Wärmeübergangs der modifizierten Bipolarplatten wurde ein Laborprüfstand entwickelt und umgesetzt (s. Abb. 2). Der Messstand wurde derart konzipiert, dass die technischen Bedingungen denen des realen Anwendungsfalls entsprechen und im Bereich realistischer Lastveränderungen variiert werden können. Eine transparente Prozesskammer und eine Bipolarplatte hüllen die Kühlkanäle ein und ermöglichen dabei, ablaufende Strömungs- und Siedeprozesse des Kühlmediums optisch zu erfassen. Zusätzlich wurden mittig in Strömungsrichtung drei abgeschirmte Thermoelemente gleichmäßig über der Bipolarplatte verteilt, welche zur messtechnischen Erfassung der Temperaturverteilung im Kühlmedium genutzt wurden.
Abb. 2 Prüfstand: Prozesskammer mit integrierter Bipolarplatte und Temperatursensorik
Innerhalb der Experimente wurden unter anderem eine geprägte Referenz-Bipolarplatte sowie eine laserstrukturierte, beschichtete Bipolarplatte charakterisiert. Um eine möglichst homogene Temperaturverteilung entlang der Strömungsrichtung zu erreichen, wurde die Mikrostrukturdichte in Abhängigkeit der Strömungsrichtung und Strömungslänge variiert.
Abb. 3: Strukturierte Bipolarplatte mit in Fließrichtung sinkender Dichte der Mikrostrukturen (links); Detailansicht Wellenstruktur (mittig); Detailansicht Mikrostrukturierung (rechts)
Anhand des Prüfstandes konnte experimentell der Einfluss der Oberflächenfunktionalisierung auf das Phasenübergangsverhalten gezeigt und untersucht werden. Siedevorgänge auf der strukturierten Oberfläche waren hierbei weniger intensiv ausgeprägt als auf der unstrukturierten Referenzplatte (s. Abb. 4). Auch die Messungen mittels der Temperatursensoren bestätigten, dass die maximal auftretenden Temperaturen durch die Oberflächenfunktionalisierung der Bipolarplatte verringert werden konnten. Zudem war die Temperaturverteilung entlang der Strömungsrichtung des Kühlmediums deutlich gleichmäßiger: Die Temperaturerhöhung ∆T entlang der strukturierten und beschichteten Platte war für alle untersuchten Parametersätze im Vergleich zur Referenz-Bipolarplatte geringer.
Abb. 4: Ergebnisse der optischen Untersuchung: Intensität der Blasenbewegung (dunkelblaue Bereiche) im Flussfeld der Referenzplatte (oben) sowie der strukturierten und beschichteten Platte (unten) bei Prozessparametern (Einlasstemperatur des Kühlmediums und Wärmestromdichte von Bipolarplatte): 78 °C und 0,5 W/cm2 (links); 78 °C und 2 W/cm2 (rechts)
Es konnte somit nachgewiesen werden, dass die thermodynamischen Eigenschaften der Bipolarplatten, insbesondere im Bereich der Verdampfungszonen, durch die Mikrostrukturierung beeinflusst und eingestellt werden können. Die im Rahmen dieses Projekts erzielten Ergebnisse stellen einen weiteren Schritt in Richtung kostengünstiger und gleichzeitig platzsparender Brennstoffzellenstacks dar.
Über das Projekt
Im Rahmen des Vorhabens wurden grundlegende und anwendungsrelevante Erkenntnisse für die Gestaltung sowie für die technologische Umsetzung eines auf dem Verdampfungsprinzip basierenden Brennstoffzellenstacks mit metallischen Bipolarplatten erarbeitet und unter realitätsnahen Bedingungen validiert. Zur Erreichung der Projektziele haben folgende Projektpartner zusammengearbeitet: WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH, Fischer Werkzeugbau GmbH, CeWOTec Chemnitzer Werkstoff- und Oberflächentechnik gGmbH, Professur Mikrofertigungstechnik und Professur Alternative Fahrzeugantriebe an der Technischen Universität Chemnitz.
Förderung und Projektträger: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) / Sächsische Aufbaubank (SAB)
Literatur
[1] A. Fly and R. H. Thring, A comparison of evaporative and liquid cooling methods for fuel cell vehicles, Int. J. Hydrogen Energy, vol. 41, no. 32, pp. 14217–14229, 2016, ISBN: 0360-3199, ISSN: 03603199, DOI:10.1016/j.ijhydene.2016.06.089
[2] G. Zhang and S. G. Kandlikar, A critical review of cooling techniques in proton exchange membrane fuel cell stacks, Int. J. Hydrogen Energy, vol. 37, no. 3, pp. 2412–2429, Feb. 2012, ISSN: 03603199, DOI:10.1016/j.ijhydene.2011.11.010
Autoren:
Igor Danilov, M. Sc, igor.danilov@mb.tu-chemnitz.de
Dipl.-Ing. (FH) Ingo Schaarschmidt, M. Sc, ingo.schaarschmidt@mb.tu-chemnitz.de
Dr.-Ing. Philipp Steinert, philipp.steinert@mb.tu-chemnitz.de
von Sven Geitmann | Nov 29, 2023 | 2023, Deutschland, Entwicklung, Europa, Wasserstoffwirtschaft
Metallische Bipolarplatten effektiv und effizient reinigen
Geringes Gewicht und Volumen, gute Kaltstartfähigkeit sowie eine vergleichsweise günstige Serienproduktion sind Vorteile, mit denen metallische Bipolarplatten aufwarten können. Diese Kernelemente von Brennstoffzellen-Stacks übernehmen mit der Medienversorgung, elektrischen Anbindung und Kühlung entscheidende Aufgaben. Wie gut sie diese erfüllen, hängt unter anderem von der Sauberkeit des Materials sowie der gefügten Platte ab. Um eine möglichst effektive und wirtschaftliche Reinigung zu ermöglichen, hat Ecoclean Untersuchungen mit verschiedenen Verfahren durchgeführt.
Brennstoffzellen zählen zu den Schlüsseltechnologien für die Elektrifizierung von Fahrzeugantrieben und spielen auch bei der Energiewende als stationäre Energiequelle eine wesentliche Rolle. Kern eines Brennstoffzellensystems sind zu Stapeln (Stacks) verschaltete Bipolarplatten, die aus Anode und Kathode mit einer dazwischenliegenden protonenleitfähigen Folie bestehen.
Bipolarplatten erfüllen unterschiedliche Aufgaben: Sie verbinden die Anode einer Zelle mit der Kathode der benachbarten Zelle physikalisch und elektrisch. Zuständig ist die Bipolarplatte auch für die Zuführung der Reaktionsgase Wasserstoff (Anodenseite) und Luft (Kathodenseite). Die Platten verfügen dafür auf beiden Seiten über eingearbeitete Strömungsprofile (Flowfield), deren Gestaltung entscheidend für den Wirkungsgrad des gesamten Aggregats ist. Darüber hinaus regeln die Bipolarplatten die Abgabe elektrischer Energie und den Abtransport von Wasserdampf. Eine weitere Funktion besteht im Wärmemanagement.
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Die Fertigung der Platten kann aus unterschiedlichen Materialien erfolgen: hochkonzentriertes Grafit, Grafit-Kunststoff-Mischungen und Metallen. Insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen bieten metallische Bipolarplatten Vorteile. Sie liegen im geringen Gewicht und Volumen sowie einer guten Kaltstartfähigkeit. Darüber hinaus bieten metallische Bipolarplatten das Potenzial für eine vergleichsweise kosteneffiziente Serienproduktion, die durch Skaleneffekte noch verbessert werden kann.
Sauberkeit sichert Qualität und Wirkungsgrad
Die Fertigung der Anode und Kathode metallischer Bipolarplatten erfolgt überwiegend aus 0,1 bis 0,2 mm dünnen Folien aus Edelstahllegierungen. Das Material wird üblicherweise von einem Coil abgewickelt, dessen Oberflächen aus der Herstellung mit unterschiedlichen Walz- und Ziehfetten, Ölen, Emulsionen und nicht bekannten Fremdstoffen verunreinigt sind. Im nächsten Schritt werden die Anoden- und Kathodenfolien mechanisch oder im Hydroforming präzise umgeformt und die Außenkonturen beispielsweise durch Stanzen oder Lasern geschnitten.
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Aus diesen Prozessen verbleiben ebenfalls Reste der Bearbeitungsmedien (Öle und/oder Emulsionen) auf den Platten. Beim anschließenden Fügen der Anoden- und Kathodenplatte, was häufig in einem Laserschweißprozess erfolgt, entstehen zudem Schmauchspuren und Oxide. Abschließend werden die Bipolarplatten beschichtet. Spätestens davor ist ein Reinigungsschritt erforderlich, um eine homogene Beschichtung mit guter Haftfestigkeit sicherzustellen.
Bei eng gepackten Brennstoffzellen, mit denen auf kleinstem Raum eine hohe Leistung erzielt werden soll, empfiehlt es sich, bereits vor dem Fügen eine Reinigung durchzuführen. Sie verhindert, dass Verunreinigungen zwischen Anode und Kathode eingeschlossen werden, die sich durch die unweigerlich entstehende hohe Wärmeentwicklung lösen und die Mikrostrukturen der Flowfields verstopfen können. Dies würde zu einer Verringerung des Wirkungsgrads führen. Gleichzeitig reduziert der zwischengeschaltete Reinigungsschritt die Oberflächenverschmutzung aus Schmauch und Oxiden durch den Laserschweißprozess.
Das richtige Verfahren wählen
Wesentliche Herausforderung bei der Reinigung metallischer Bipolarplatten sind die meist unsichtbaren, chemisch-filmischen Rückstände auf den Oberflächen. Es handelt sich dabei um Öle, Fette, Emulsionen und weitere Chemikalien, deren Zusammensetzung häufig unbekannt ist. Diese unspezifischen Kontaminationen machen eine Reinigungslösung erforderlich, die deren zuverlässige und bedarfsgerechte Entfernung sicherstellt. Dafür hat die Ecoclean GmbH Untersuchungen mit der Laser-, CO2-Schneestrahl-, nasschemischen Lösemittelreinigung und Dampfstrahlen durchgeführt.
Abb. 2: Die Dampfreinigung basiert auf dem Zusammenspiel von Dampf mit einem exakt auf die Reinigungsaufgabe abgestimmten Flüssigkeitsanteil, einem Hochgeschwindigkeitsluftstrom und einem angepassten Düsensystem
Sowohl mit dem Laser als auch mit der CO2-Schneestrahlreinigung lassen sich Schmauch und Oxide sowie chemisch-filmische Verunreinigungen und Partikel von den Schweißnähten der gefügten Bipolarplatten punktuell innerhalb weniger Sekunden gut entfernen. Bei der Reinigung der kompletten Oberflächen der Bipolarplatten werden mit beiden Verfahren ebenfalls gute Ergebnisse erzielt. Da mit dem Laser die Oberfläche Zeile für Zeile abgefahren werden muss, ist die Reinigung zeitintensiv. Bei der CO2-Schneestrahlreinigung kann das System mit einer entsprechenden Anzahl von Strahldüsen ausgestattet werden, so dass eine zügige Bearbeitung der gesamten Oberfläche möglich ist.
Durch die nasschemische Reinigung mit Lösemittel im Flutverfahren konnten Öle und Fette sowie Partikel gut entfernt werden. Für die Abreinigung von Emulsionen, Schmauch und Oxiden ist das Verfahren dagegen nicht anwendbar. Eine nasschemische Tauchreinigung mit wasserbasierten Medien ist aufgrund der erforderlichen Trocknung nur bedingt und mit sehr hohem Aufwand möglich.
Gute Ergebnisse wurden bei der Abreinigung filmisch-chemischer und partikulärer Verschmutzungen sowie von Schmauch und Oxiden mit dem Dampfstrahlen erreicht. Die Reinigungswirkung basiert bei diesem Verfahren auf dem Zusammenwirken von Dampf mit einem exakt auf die Reinigungsaufgabe abgestimmten Flüssigkeitsanteil, einem Hochgeschwindigkeitsluftstrom und einem angepassten Düsenkonzept. Der Reinigungsprozess beansprucht ebenfalls nur wenige Sekunden.
Abb. 3: Die Analyse der IR-Spektroskopie zeigt, dass mit der Dampfreinigung die Rückstände der Referenzverschmutzung komplett entfernt wurden
Kontrollierte Reinigungsvalidierung
Die Kontrolle der Reinigungsergebnisse erfolgt anhand der Oberflächenspannung mit den Messtechniken Kontaktwinkelmessung und Testtinten, durch Fluoreszenzmessung sowie Infrarotspektroskopie. Die Fluoreszenzmesstechnik erwies sich aufgrund nicht fluoreszierender Verunreinigungen als nicht geeignet. Bei den Eingangsmessungen der Oberflächenspannung zeigten die Bipolarplatten sehr unterschiedliche Verschmutzungswerte, die nach der Reinigung signifikant verringert waren.
Eine generelle Aussage, ob das Bauteil die für den nächsten Prozessschritt erforderliche Sauberkeit aufweist, lässt sich nicht treffen. Dafür sind entsprechend prozessspezifische Anforderungen zu ermitteln. Für die Infrarotspektroskopie werden an den Proben (Coilabschnitte und Bipolarplatten) zunächst alle Rückstände entfernt, also eine Referenzsauberkeit hergestellt. Nach der mittels IR-Spektroskopie erfolgten Analyse der Oberflächen werden die Proben mit einer Referenzverschmutzung verunreinigt, die Reinigung durchgeführt und danach erneut analysiert. Diese Analyse zeigt dann, dass mit der Dampfreinigung die filmisch-chemischen Verschmutzungen zuverlässig entfernt werden konnten.
Entsprechende Reinigungsversuche und -kontrollen führen die Experten für Bauteilreinigung und Oberflächenbearbeitung im Monschauer Testzentrum mit den genannten und weiteren Verfahren durch.
Automatisierte Reinigung
Für einen effizienten Workflow kann die Reinigung vor dem Fügen und/oder dem Beschichten in Fertigungslinien integriert werden. Die Automatisierung lässt sich dabei optimal auf die spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten der jeweiligen Produktionslinie anpassen.
Ecoclean gehört zur SBS Ecoclean Group, die zukunftsorientierte Anlagen, Systeme und Services für die industrielle Bauteilreinigung und Oberflächenbearbeitung entwickelt, produziert und vertreibt. Deren Lösungen unterstützen weltweit Unternehmen aus der Automobil- und Zulieferindustrie sowie dem breit gefächerten industriellen Markt bei effizienten und nachhaltigen Produktionsprozessen. Die Unternehmens-Gruppe ist mit zwölf Standorten weltweit in neun Ländern vertreten und beschäftigt mehr als 900 Mitarbeiter/innen.
Autorin: Doris Schulz
