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In den kommenden drei Jahren entwickelt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT gemeinsam mit regionalen Partnern neue Technologien, um den kostenintensiven Edelmetalleinsatz bei Protonenaustauschmembran-Elektrolyseuren zu reduzieren. Im Wasserstofflabor des Fraunhofer ILT präsentieren Forschende die gesamte Prozesskette – von der Simulation über Tests bis zur Fertigung von Komponenten und Systemen für die Wasserstofftechnologie.
Der weltweite industrielle Bedarf an nachhaltig erzeugtem Wasserstoff wächst stetig an. Aktuell fehlt es jedoch an ausreichend Elektrolyseuren, um grünen Strom effizient in Wasserstoff umzuwandeln. Nur mit skalierbarer, leistungsfähiger Elektrolysetechnologie schöpfen wir das volle Potenzial erneuerbarer Energien aus.
Im Oktober 2025 startete das Forschungsprojekt »KI-unterstütztes Schweißen und Schneiden von Streckgittern bei der effizienten Herstellung von Elektrolyseuren« (KISSSEs). Ziel des Gemeinschaftsprojekts ist die Entwicklung einer Technologie, die eine kostengünstigere Herstellung von Elektrolyseuren ermöglicht. Statt teurer, edelmetallbeschichteter Gitter streben Forschende des Fraunhofer ILT und zweier regionaler Partner den Einsatz lasergeschweißter Gitter mit möglichst hoher elektrischer Leitfähigkeit an.
Die Forschenden am Fraunhofer ILT identifizieren mit künstlicher Intelligenz (KI) optimale Punkte für das Laserschweißen in komplexen Gittern und verbessern somit die Leitfähigkeit. Das präzise Verschweißen dieser Punkte mit dem Laser senkt die elektrischen Übergangswiderstände in Titan-Streckgittern signifikant und ersetzt teure Edelmetallbeschichtungen. KI-gestützte Laserschneidprozesse optimieren außerdem Kanten, die den Wirkungsgrad der Elektrolyseure weiter erhöhen.
»Unsere KI-Modelle erkennen selbst bei unregelmäßigen Streckgittergeometrien die optimalen Schweißpunkte und ermöglichen damit reproduzierbare Kontaktierungen mit geringerem Widerstand«, erläutert Zhiheng Ye, Wasserstoffexpertin am Fraunhofer ILT. »Damit schaffen wir die Grundlage für skalierbare und ressourceneffiziente Elektrolyseurproduktion.«
PEM-Elektrolyse
Die im Projekt adressierte Technologie nutzt eine Protonenaustauschmembran (PEM) für die Elektrolyse. Bei diesem Verfahren trennt die protonenleitende Membran Wasser elektrochemisch in Wasserstoff und Sauerstoff. Sie dient zugleich als Elektrolyt und Gasbarriere und ermöglicht somit einen kompakten, dynamisch regelbaren Betrieb.
Protonenaustauschmembran-Systeme zeichnen sich durch hohe Leistungsdichte, kurze Ansprechzeiten und exzellente Teillastfähigkeit aus, was ihren Einsatz insbesondere in Kombination mit fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen begünstigt. PEM Stacks des Projektpartners iGas energy erzeugen bis zu 260 Normkubikmeter Wasserstoff pro Stunde. Das entspricht dem Volumen eines großen Heißluftballons. Die Koppelbarkeit der Stacks gewährleistet die Skalierung der Leistung.
Regionale Wertschöpfung
Im Projekt arbeitet das Fraunhofer ILT zum einen mit iGas energy zusammen. Das Engineering- und Wasserstoffunternehmen hat mit dem Green Electrolyzer eine PEM-basierten modulare Hochdruck-Elektrolyseanlage entwickelt sowie eine ebenfalls skalierbare PEM-Stackplattform mit Produktnamen ELZA.
Zum anderen ist die dLS LichtSchneiderei beteiligt, ein auf Präzisionsfertigung spezialisiertes Spin-off des Fraunhofer ILT mit starkem Fokus auf Laser- und Zerspanungstechnik für Bipolarplatten in der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnik.
Das Fraunhofer ILT verantwortet bei KISSSEs die Entwicklung und Optimierung der laserbasierten Schweiß- und Schneidprozesse sowie die KI-Modelle zur Strukturerkennung. iGas energy liefert die elektrochemische Systemkompetenz, entwickelt Strömungs- und Zellmodelle und validiert die Bauteile im Elektrolysebetrieb. Die dLS LichtSchneiderei überführt die Schneidparameter in die industrielle Fertigung, fertigt Musterteile und begleitet die Übertragung auf Produktionsanlagen.
»Wasserstoff ist ein wichtiger Bestandteil verschiedenster Sektoren in Deutschland und soll zukünftig -grün- erzeugt werden. Die PEM-Elektrolyse stellt hier eine zentrale Schlüsseltechnologie dar.«, betont Karl-Heinz Lentz, Geschäftsführer der iGas energy. »Die Ansiedlung dieses Verfahrens und der dazugehörigen Wertschöpfungskette kann einen entscheidenden Beitrag zum erfolgreichen Strukturwandel im Rheinischen Revier beitragen.«
Diese enge regionale Kooperation im Rheinischen Revier stärkt die technologische Basis einer wettbewerbsfähigen Wasserstoffwirtschaft und setzt Maßstäbe für innovative, lokal verankerte Wertschöpfungsnetzwerke im Energiesektor
KISSSEs wird im Rahmen des DigiRess Programms vom Land Nordrhein-Westfahlen und dem Bundesministerium für Umwelt, Klimaschutz, Naturschutz und nukleare Sicherheit gefördert.
Dr.-Ing. Alexander Olowinsky
Abteilungsleiter Fügen und Trennen
Telefon +49 241 8906-491
alexander.olowinsky@ilt.fraunhofer.de
Zhiheng Ye M. Sc.
Gruppe Fügen von Metallen
Telefon +49 241 8906-8382
zhiheng.ye@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
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52074 Aachen
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Das Hydrogen Lab erstreckt sich über 300 Quadratmeter und bietet eine breite Palette von lasertechni ...
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Zhiheng Ye, Doktorandin am Fraunhofer ILT, arbeitet an neuen Technologien, die die Herstellung von E ...
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Elektrotechnik, Energie, Umwelt / Ökologie, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungsprojekte, Kooperationen
Deutsch
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