03.05.2022 - Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)

Reference-factory.H2 - la production d'électrolyseurs et de piles à combustible du futur

Un système de production hybride accélère le transfert vers l'industrie

L'hydrogène est un élément clé de la transition énergétique. Pour que l'hydrogène puisse s'imposer comme source d'énergie, il doit être produit au prix du marché, en quantité suffisante et de manière neutre pour le climat, et utilisé avec un taux élevé de réduction des émissionsde CO2. Cela nécessite des systèmes d'hydrogène abordables et robustes sous la forme d'électrolyseurs et de piles à combustible. Dans l'intention de lancer leur production en série à l'avenir, Reference-factory.H2 fournit à la fois une conception d'orientation et un système modulaire basé sur des technologies nouvelles et spécifiquement optimisées. Cela devrait contribuer à la production économiquement viable d'électrolyseurs et de piles à combustible, accélérer leur percée sur le marché et réduire massivement le coût de l'hydrogène. Reference-factory.H2 sera présenté pour la première fois sur le stand commun de Fraunhofer à la Hannover Messe 2022 du 30 mai au 2 juin.

Pour atteindre les objectifs de l'accord de Paris, les pays doivent cesser d'utiliser le pétrole, le gaz et le charbon et se tourner vers les sources d'énergie renouvelables. Dans ce contexte, l'hydrogène est un élément clé en tant que source d'énergie lorsqu'il s'agit de stockage et de distribution à grande échelle. Toutefois, les avantages de l'hydrogène vont encore plus loin. Il offre l'occasion unique de combiner approvisionnement en énergie, protection du climat et création de valeur. Il joue un rôle essentiel dans la réduction des émissions deCO2, tout en offrant un champ d'activité durable et porteur d'avenir pour le site de production qu'est l'Allemagne.

Les électrolyseurs sont nécessaires à la production d'hydrogène sans impact sur le climat. Ils sont utilisés pour séparer l'eau en hydrogène et en oxygène à l'aide d'électricité produite à partir de l'énergie éolienne ou solaire. L'hydrogène vert ainsi obtenu peut être utilisé de différentes manières. Il peut être soit transformé dans l'industrie de transformation en tant que matière première durable, soit reconverti en électricité à l'aide de piles à combustible. Toutefois, à ce jour, les électrolyseurs et les piles à combustible ont été produits en petites quantités et à un coût élevé, avec peu d'automatisation. Reference-factory.H2 offre à la science et à l'industrie la possibilité de catapulter la production de systèmes à hydrogène dans une nouvelle ère de production industrielle de masse efficace.

Pour assurer le succès de cette action, les technologies de production existantes doivent être analysées et évaluées quant à leur utilisation pour la production en série de haute qualité d'électrolyseurs et de piles à combustible. De nouveaux processus et systèmes continus sont également nécessaires pour ouvrir la voie à la production de masse. C'est le seul moyen de réduire considérablement l'effort de production et de mettre finalement l'hydrogène sur un pied d'égalité avec les sources d'énergie fossiles en termes de coût.

Dans la période actuelle de grande variabilité technologique, alors que le marché des électrolyseurs n'en est qu'à ses débuts et que celui des piles à combustible est prévu pour les années 2030, l'industrie allemande doit se concentrer sur la production technique. C'est la seule façon raisonnable pour les entreprises d'investir dans ce domaine d'activité à un stade précoce afin de le rendre durable et de se positionner avec succès face à la concurrence internationale à long terme. Pour garantir et soutenir cette orientation, Reference Factory.H2 a été conçue pour la production en série de systèmes d'hydrogène de manière flexible, adaptable de manière dynamique et évolutive en termes de quantité. Le concept est unique en raison des possibilités directes d'implication industrielle. Les entreprises peuvent être à la fois utilisatrices des services et partenaires de Reference-factory.H2.

Le système de production hybride accélère le transfert vers l'industrie

Reference-factory.H2 est un système de production basé sur des composants physiques et virtuels. Il est utilisé pour créer un design de référence et de nouvelles solutions technologiques, tandis que les solutions existantes sont optimisées. Dans le même temps, des jumeaux numériques des éléments de production sont développés et intégrés dans une architecture virtuelle. Cela crée un système modulaire de technologies qui sont comparées les unes aux autres et combinées de manière flexible dans les chaînes de processus. "Reference-factory.H2 nous permet de mieux utiliser l'expertise et les infrastructures régionales afin que l'industrie puisse être plus étroitement associée au développement. Cela accélère le transfert des solutions vers l'industrie", explique le Dr Ulrike Beyer, chef du groupe de travail sur l'hydrogène à Fraunhofer IWU et coordinatrice du projet. "Nous sommes en train de construire une plateforme B2B dans laquelle nous fusionnons les principaux domaines d'expertise des instituts Fraunhofer et des partenaires impliqués pour créer une chaîne de valeur hautement efficace pour les systèmes à hydrogène, fournissant ainsi aux parties prenantes potentielles une vue d'ensemble des opportunités économiques", explique Beyer. Les images virtuelles offrent aux équipes de recherche la possibilité de simuler la mise en réseau de nouveaux processus et systèmes de production, de les vérifier et de les comparer en détail sur ordinateur, et de sélectionner ainsi les matériaux, outils et systèmes appropriés pour obtenir une production efficace. Il est ainsi possible de visualiser clairement les relations globales jusqu'aux chaînes complètes de processus et d'évaluer les coûts de production des systèmes hydrogène.

Il est prévu d'offrir des services et des formes spécifiques de participation à l'industrie allemande dès le troisième trimestre de cette année. L'objectif commun sera de développer des technologies et des systèmes de production propices à la production en série de piles à combustible et d'électrolyseurs, ce qui favorisera considérablement l'adoption par le marché à partir de 2025.

Reference-factory.H2 a été conçu par le Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU de Chemnitz et est exploité conjointement avec le Fraunhofer Institute for Production Technology IPT d'Aix-la-Chapelle. Les contenus de recherche du Fraunhofer Institute for Electronic Nano Systems ENAS à Chemnitz et du Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA à Stuttgart sont également intégrés. Le concept Reference-factory.H2 est également un élément clé du groupe FRHY - Reference Factory for High-Rate Electrolyzer Production du projet phare sur l'hydrogène impliquant le concept Fraunhofer "H2GO - National Action Plan for Fuel Cell Production", dans lequel 14 autres instituts Fraunhofer sont impliqués.

Opportunité pour la production de systèmes à hydrogène

"La pile est au cœur des systèmes à hydrogène et c'est aussi l'endroit où l'eau est divisée et où l'électricité est produite", explique M. Beyer. Cette pile est constituée de plusieurs centaines de cellules individuelles interconnectées et empilées dans lesquelles a lieu la conversion de l'énergie chimique. En raison de ses multiples éléments répétitifs, il est logique de transférer la production de la pile vers une production industrielle impliquant de grandes quantités, ce qui réduit considérablement les coûts.

L'usine de référence comprend des machines et des systèmes pour produire les principaux composants de la pile : la plaque bipolaire (BPP) et l'assemblage membrane-électrode (MEA). "Le nouveau concept permet de réaliser localement sur place les développements technologiques nécessaires, de sorte qu'une presse de formage pour les BPP peut être disponible à Chemnitz et une usine de production pour le MEA à Aix-la-Chapelle. Leurs jumeaux numériques sont rassemblés de manière centralisée dans une architecture commune, où ils sont utilisés pour des comparaisons et des évaluations de processus, ou pour des considérations concernant les chaînes de processus", explique Beyer. L'objectif est de développer un système modulaire de technologies dont les différents composants peuvent être évalués technologiquement et économiquement. Ce système vise à réduire le risque d'investissement et à soutenir les entreprises dans le développement de leur secteur d'activité lié à l'hydrogène.

Les visiteurs intéressés pourront obtenir des informations détaillées sur le concept Reference-factory.H2, la gamme de services et la possibilité de s'impliquer à la Hannover Messe 2022 sur le stand commun de Fraunhofer (Hall 5, stand A06). En plus de fournir des informations sur les domaines d'expertise, les infrastructures, les technologies et les projets pertinents, Reference-factory.H2 offrira également une zone d'action pour expérimenter un large éventail d'interactions.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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