„Über die besondere Eignung unserer Materialien für die jeweilige Anwendung grenzen wir uns vom Wettbewerb ab“, sagt Dr. Alexander Hähnel. Sein Kollege im „Team Wasserstoff“ von Technology & Innovation (T&I), Jürgen Emig, ergänzt: „Materialkompetenz hat Prio 1 beim Thema Wasserstoff, über alle Anwendungen entlang der Wertschöpfungskette hinweg von der Elektrolyse bis hin zur Brennstoffzelle.“
Wie lauten aus dem Blickwinkel der Werkstoffentwicklung die Aufgaben rund ums Zukunftsthema Wasserstoff? Zum Beispiel gilt es aus Gründen der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit zu verhindern, dass die sehr kleinen Wasserstoffmoleküle Dichtungswerkstoffe durchdringen (Fachbegriff Permeation) und sich verflüchtigen. Umgekehrt dürfen Dichtungsmaterialien die Prozesse in Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren durch die Abgabe schädlicher Substanzen nicht negativ beeinflussen. Je nach Anwendung müssen Dichtungen zudem ausgeprägten Druck- und Temperaturunterschieden widerstehen, ebenso wie ätzenden alkalischen Lösungen oder hohen, die Alterung beschleunigenden Sauerstoffkonzentrationen.
Bisher keine Standards
Nur selten reichen dafür bestehende Standardlösungen aus. In der Regel müssen für Wasserstoffanwendungen neue Dichtungsmaterialien und -designs konzipiert werden. Zumindest ist es notwendig, bestehende Werkstoffe gezielt auf die Anforderungen der Anwendungen zu prüfen, vor allem in puncto Langlebigkeit. Erschwerend kommt hinzu, dass verschiedene Elektrolyse- und Brennstoffzellentechnologien parallel existieren und bisher in keiner davon Standards gesetzt sind. Herangehensweisen und Designs variieren von Hersteller zu Hersteller, vieles befindet sich in dieser Zukunftsbranche noch im Fluss.
In der Materialentwicklung verzeichnet FST dennoch bereits beachtliche Erfolge. 35 FCPO 100 heißt eine in der Verarbeitung Flüssigsilikon ähnliche Werkstoffeigenentwicklung, die unter anderem die Kolleginnen und Kollegen der Konzernschwester Freudenberg e-Power Systems in ihren Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen nutzen. 70 FKM 256261 ist ein Werkstoff, den FST gezielt für die Bedarfe der PEM-Elektrolyse und der Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle entwickelt hat und der vor Kurzem den Serienanlauf gemeistert hat.
Über zwei Millionen Euro für Test-Equipment
„Wir brauchen beim Wasserstoff kürzere Entwicklungszeiten, als wir sie aus der Automobilindustrie kennen“, unterstreicht Hähnel. Wesentlicher Bestandteil beschleunigter Entwicklungsarbeit sind aussagekräftige Testmöglichkeiten in Laboren und Prüffeldern. „Wir investieren hierfür bis zum Jahresende mehr als zwei Millionen Euro“, berichtet Emig. Dabei geht es unter anderem darum, weitere praxisnahe Erkenntnisse zu den Einflussfaktoren Medien, zum Beispiel Sauerstoff, und Strom auf die Dichtung zu gewinnen. „Außerdem wollen wir die ganze Zelle verstehen“, führt Emig aus.
„Wir wollen die ganze Zelle verstehen.“
Auf einem neuen Prüfstand wird FST vier Zellen parallel testen können. Für Tests in kompletten Brennstoffzellen- oder Elektrolyse-Stacks arbeitet FST darüber hinaus direkt mit den Kunden sowie mit renommierten Instituten wie Fraunhofer oder dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) zusammen.
Häufig müssen Dichtungen in Wasserstoffanwendungen über das Dichten hinaus Zusatzfunktionen übernehmen. Dies gestaltet die Entwicklungsarbeit durch Materialkombinationen – beispielsweise Gummi angebunden an Trägerteile – noch komplexer. Oft sind dabei Hochleistungskunststoffe im Spiel. Ein Beispiel für eine solche Funktionsintegration sind mit Sensoren ausgestattete Plug & Seal-Verbindungselemente. Ein anderes Beispiel sind Dichtungen auf Bipolarplatten oder Zellrahmen, die neben dem Dichten durch entsprechende Designs auch einen Teil der Medienführung übernehmen. Dahinter steht das Ziel, den Herstellern von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren die Assemblierung zu vereinfachen und Kosten zu senken.
Bei alledem hilft, dass beim Thema Wasserstoff, so Emig, „das ,Innovating Together‘ von Lead Centern, Divisionen und Technology & Innovation (T&I) bei FST eine wichtige Rolle spielt“.
