Projektbeschreibung ReNaRe - Recycling Nachhaltige Ressourcennutzung :
Automatisierte Demontage von Elektrolyse-Stacks

Ausgangslage:
Grüner Wasserstoff ist ein wesentlicher Baustein für die Sektorenkopplung und ebnet den Weg für neue Dekarbonisierungspfade. Neben stationären Anwendungen, wie z.B. dem Einsatz in der Stahl- und Chemieindustrie, kann grüner Wasserstoff im Mobilitätssektor als Treibstoff in Kombination mit Brennstoffzellen eingesetzt werden. Um die notwendigen großen Mengen an grünem Wasserstoff herzustellen, muss die Technik der Wasserelektrolyse hochskaliert werden. Im Leuchtturmprojekt H2Giga werden deshalb unterschiedliche Fragestellungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette erarbeitet, um Voraussetzungen für eine industrielle Großserienfertigung von Wasserelektrolyseuren im Gigawatt-Bereich zu schaffen. Im Forschungscluster ReNaRe des Gesamtprojekts H2Giga wird der hintere Teil der Wertschöpfungskette eines Elektrolyseurs betrachtet: Mit steigender Installationsleistung von Elektrolyseuren gewinnt zukünftig auch die Rückgewinnung der eingesetzten Rohmaterialien und somit die Recyclingfähigkeit zunehmend an Bedeutung für das Ziel einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. Die Komponenten, welche in den Prozessen der Alkali- (AEL), der Polymermembran- (PEMEL) und Hochtemperaturelektrolyse (HTEL) eingesetzt werden, beziehen ihre Funktionalität aus speziellen Funktionsmaterialien, die ein breites Spektrum von kritischen Rohstoffen nutzen. Die Kritikalität der Rohstoffe selbst, die sich aus der Versorgungssicherheit und Ressourcensituation ergibt, und ein mit der Wasserstofftechnologie einhergehender Nachhaltigkeitsanspruch sind Motivation für die Entwicklung einer angepassten Kreislaufwirtschaft. Das wbk Institut für Produktionstechnik erforscht dabei den ersten Prozessschritt in der Recyclingkette - die Demontage. Um das Recycling von Elektrolyseuren wirtschaftlich zu gestalten, muss deren Demontage zukünftig automatisiert werden. Bis dato wurde das Recycling und die Demontage von Elektrolyseuren nicht wissenschaftlich adressiert. Im Vordergrund stehen bei der Demontage trennende Verfahren zum Auflösen möglicher Fügeverbindungen sowie ein automatisiertes Abstapeln der Bauteile für eine Vorsortierung.

Ziel:
In dem Teilvorhaben soll die automatisierte Demontage von Elektrolysestacks untersucht werden. Dabei unterscheidet sich die Konstruktion zum einen zwischen der PEM-, Alkali- und Hochtemperaturelektrolyse, aber auch innerhalb dieser Gruppen gibt es große Unterschiede zwischen einzelnen Herstellern in Hinblick auf die Konstruktion und das Stackdesign. Im Gegensatz zur Montage wird die Demontage weniger ausgeprägt in der technischen Konstruktion berücksichtigt. Dies führt dazu, dass häufig keine Technologie zur Demontage zur Verfügung steht und diese daher in manueller Arbeit durchgeführt wird. Daher ist das Ziel des Teilvorhabens eine automatisierte Demontage bei unscharfen Produktspezifikationen zu entwerfen.

Vorgehen:
Ziel des Teilvorhabens ist die Trennung der Komponenten auf Apparateebene, um eine möglichst materialspezifische Vortrennung durchzuführen. ReNaRe betrachtet technologieoffen die Alkali- (AEL), die Polymermembran- (PEMEL) und die
Hochtemperaturelektrolyse (HTEL). Je nach Art der Elektrolyse unterscheiden sich die jeweiligen Stacks hinsichtlich ihrer Konstruktion, was zu einer großen Variantenvielfalt führt. Daher soll in der Analysephase ein Überblick über verbaute Bauteile, vorhandene Werkstoffe und deren mechanischen Eigenschaften sowie eingesetzte Fügetechnologien gegeben werden. In der anschließenden Technologieentwicklungsphase sollen aufbauend auf den Analysen automatisiert abbildbare Demontagerouten entworfen und die dafür notwendige Anlagentechnik ermittelt werden. In der abschließenden Validierungsphase soll ein Demonstrator konzeptioniert, konstruiert und aufgebaut werden, um die entwickelten Demontageverfahren technologisch, ökonomisch und sicherheitstechnisch zu bewerten und zu validieren.