Welche Materialien, Komponenten und Systeme sind den komplexen Anforderungen der Wasserstoffwirtschaft langfristig gewachsen und wie lässt sich ihre Zuverlässigkeit über den gesamten Lebenszyklus hinweg sicherstellen beziehungsweise verbessern? Antworten auf diese Fragen präsentieren Forschende des Fraunhofer LBF vom 20. bis 24. April auf der Hannover Messe | Hydrogen + Fuel Cells Europe in Halle 11, Stand E20. Im Fokus stehen ganzheitliche Methoden, mit denen sich die Zuverlässigkeit von Materialien, Komponenten und Systemen entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette praxisnah und multiphysikalisch untersuchen lässt.
Ganzheitlicher Ansatz: Von Material bis zum Gesamtsystem
Wasserstoffanwendungen, etwa in Brennstoffzellenfahrzeugen, Elektrolyseuren und Speichersystemen, sind komplexen mechanischen, thermischen und elektrischen Belastungen ausgesetzt. Das Fraunhofer LBF adressiert diese Herausforderungen mit einem durchgängigen Ansatz: Testmethoden und Simulationen ermöglichen die realitätsnahe Abbildung kombinierter Belastungen im Labor. Dadurch können Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Degradationsmechanismen frühzeitig bewertet werden – noch bevor komplette Systeme gebaut werden.
Ergänzend kommen Monitoringsysteme für Wasserstofftanks zum Einsatz, die einen sicheren und effizienten Betrieb im stationären und mobilen Einsatz ermöglichen. Strukturmechanische Modelle und digitale Zwillinge visualisieren die lokalen Beanspruchungen und Schädigungsmechanismen. Dadurch erhalten Hersteller und Anwender fundierte Erkenntnisse zur Robustheit und Wirtschaftlichkeit ihrer Systeme.
Brennstoffzellensysteme: Multiphysikalische Zusammenhänge im Fokus
Gerade im Bereich mobiler Anwendungen wie Nutzfahrzeugen stellen Brennstoffzellensysteme hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität. Das Fraunhofer LBF entwickelt hierfür neue Test- und Simulationsmethoden, mit denen sich das Zusammenspiel mechanischer, thermischer und elektrochemischer Belastungen systematisch erfassen lässt. Speziell konzipierte Testumgebungen ermöglichen detaillierte Untersuchungen von Einzelzellen, Stacks und Gesamtsystemen. Mithilfe experimenteller Diagnostik und Simulation können kritische Fehlermodi identifiziert und beschleunigte Testverfahren entwickelt werden – ein entscheidender Schritt für eine effiziente und zielgerichtete Systementwicklung.
Schutz durch funktionale Beschichtungen
Neben der Zustandsüberwachung ermöglicht die gezielte Anpassung bewährter Werkstoffe durch Barriere-Beschichtungen eine signifikante Erhöhung der Wasserstoffbeständigkeit. Das Fraunhofer LBF entwickelt Methoden zur Bewertung der Barrierewirkung unter realitätsnahen Bedingungen, bei denen eine Wasserstoffatmosphäre mit zyklisch-mechanischen Belastungen kombiniert wird. Das Ziel besteht darin, die Wasserstoffpermeation zu reduzieren und die Lebensdauer von Komponenten nachhaltig zu erhöhen. So werden neue Potenziale für sichere und kosteneffiziente Wasserstoffsysteme erschlossen.
Mehrwert für Industrie und Wasserstoffwirtschaft
Mit seinem ganzheitlichen Ansatz unterstützt das Fraunhofer LBF Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Materialentwicklung bis zur Systemintegration. Die entwickelten Methoden beschleunigen die Produktentwicklung, ermöglichen eine fundierte Bewertung von Zuverlässigkeit und Lebensdauer und optimieren Materialien, Komponenten und Systemdesigns. Damit erhöht das Institut die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit moderner Wasserstoffsysteme und trägt zur nachhaltigen Etablierung der Wasserstofftechnologie in industriellen Anwendungen bei.
