Palivo pro budoucnost: Na co si dát pozor při výrobě palivových článků
Zveřejněno Sustainable Manufacturing v 10. březen 2022
Společnosti ACES potřebují inteligentní výrobní strategie a technologie, aby mohly naplno využít potenciál vodíku.
Když lidé hovoří o udržitelné mobilitě, bývají elektromobily poháněné bateriemi tím, co přijde na mysl jako první. Palivové články nebo přímé vodíkové hořáky jsou doplňkové technologie, které jsou často upozaďovány, přitom ale mají co nabídnout, pokud jde o snižování emisí CO₂ a možnosti trhu.
Podobný názor má i německý a evropský automobilový průmysl. V nedávné studii Expleo 80 % dotázaných výrobců automobilů uvedlo, že považují vozidla na vodíkový pohon za ekologičtější a čistší než elektromobily. 64 % pak věří, že první vodíkové vozy připravené pro sériovou výrobu budou na trhu do dvou let.
Potřebujeme však inovativnějšího ducha ze strany výrobců a dodavatelů, podporu politiků a investice do lepší energetické infrastruktury. Co je také důležité – společnosti v prostředí ACES (ACES znamená autonomní řízení, konektivitu, elektrifikaci a sdílenou mobilitu) potřebují efektivní výrobní zařízení připravené na budoucnost – klíčovým pojmem je Smart Factory. Výrobní linky se musí automatizovat a digitalizovat, musí se odbourat ruční procesy a je nutné podporovat inovace.
Skutečně udržitelná výroba vodíku pouze s obnovitelnou energií
Jádrem udržitelných strategií je moderní a automatizovaná výroba baterií a palivových článků podporovaná robotikou, senzorovou technologií a umělou inteligencí. Baterie jsou ústředním prvkem jak vodíkového pohonu, tak „klasických“ elektromobilů, i když jsou podstatně menší a odlišně konstruované. Vedle elektrických pohonů a vodíku by v kombinaci udržitelných typů pohonu neměla chybět ani e-paliva a syntetická paliva. Aby se však vodík používal skutečně udržitelným způsobem, musí se vyrábět palivo z H₂ s využitím elektřiny z obnovitelných zdrojů (elektrolýzou), což ještě není ve velkém měřítku plně proveditelné.
Některé velké automobilové společnosti jsou příliš opatrné, pokud jde o vodík
Na rozdíl od bateriových článků nejsou palivové články závislé na surovinách, jako je lithium nebo kobalt. V palivových článcích je hlavním materiálem železo. Další výhodou je, že vodík jako molekulární látku lze snadno skladovat, přepravovat a zpřístupnit pro použití. Vodíkové pohony se již používají ve stále větším počtu užitkových vozidel, například v městských autobusech, což je způsobeno zejména tím, že nabízejí více prostoru pro požadovanou hnací jednotku. Vodíkové pohony jsou stále relativně vzácné v „normálních“ automobilech, což je částečně způsobeno nedostatkem vodíkových čerpacích stanic, ale také váhavým zaváděním tohoto odvětví.Zvyšování automatizace procesů elektrolýzy a výroby palivových článků
Pokud se chceme třeba jen přiblížit dosažení klimatických cílů vytyčených v Paříži, není jiné cesty, než přejít na cestu vozidel využívajících novou energii, tzv. NEV. Vodík lze vyrábět z obnovitelných zdrojů energie způsobem neutrálním z hlediska emisí CO₂ a přeměňovat jej na elektrickou energii v palivových článcích. Při výrobě těchto palivových článků je však třeba překonat několik problémů, aby byla zajištěna účinnost a přesnost. To platí jak pro výrobu jednotlivých součástí, tak pro montáž a výrobu celého systému.
Rozsáhlé zavádění elektrolýzy a technologie palivových článků vyžaduje inovaci produktů a procesů, aby se snížily výrobní náklady, což by přispělo k rozvoji zavádění této technologie. Je třeba přizpůsobovat objemy výroby a zároveň zachovat jednotné požadavky na kvalitu. Vhodné jsou flexibilní a přizpůsobitelné výrobní linky, které lze rychle a snadno upravit podle individuálních požadavků. Je potřeba docílit snížení výrobních nákladů u palivových článků, protože to je jediný způsob, aby byla tato technologie v dlouhodobém horizontu přijata.
Odborníci na baterie podporují výrobu palivových článků
Na rozdíl od výroby bateriových článků, kde jsou již procesy po mnoho let automatizovány a neustále se vyvíjejí, je výroba palivových článků stále téměř na začátku. Důvodem je především to, že vodíkové technologie ještě nemají využití a nejsou přijímány tak, jak by bylo potřeba pro zvýšení výroby. Mnoho pracovních postupů se proto provádí poloautomaticky nebo dokonce ručně. Aby byly vodíkové technologie přitažlivější, je nezbytně nutné zvýšit automatizaci ve výrobě. Vzhledem k tomu, že výroba baterií a palivových článků je v mnoha ohledech podobná, vyplatí se zde spolehnout na partnera, který má zkušenosti s automatizovanou výrobou bateriových článků. Kromě technologie a know-how jsou pro další vývoj této problematiky zapotřebí také systémoví integrátoři a výrobci strojů. Obzvláště problematický je proces výroby baterií a palivových článků – to je místo, kde může docházet k chybám (například únikům).Továrna budoucnosti: Modernizované výrobní procesy, inovativní technologie
Základními kameny budoucí výroby palivových článků na podporu udržitelné mobility jsou postupy a technologie Smart Factory (výroba budoucnosti). Umožňují komplexně modernizovat výrobu a od základů racionalizovat dodavatelské řetězce souběžně s rozšiřováním a přeměnou na technologie nových pohonů. Inovativní průmyslová robotika, mobilní roboty a koboty, Edge Computing, senzorová technologie, propojení mechatroniky a IT i rozšířená realita (AR) jsou jen některými příklady technologií v této továrně budoucnosti.
Nejvyšší možný stupeň digitalizace je klíčem k úspěchu, aby se výrobní proces mohl samostatně optimalizovat. Nezbytná je však také sledovatelnost – ideálně proto, aby bylo možné sledovat každou vrstvu palivového článku a zjistit, kde výroba neběží optimálně.
Dalším pilířem je umělá inteligence (AI), kterou lze využít k uvolnění nového potenciálu efektivity z velmi složitých výrobních řetězců. Při správném používání může umělá inteligence pomoci předním firmám v automobilovém průmyslu lépe pochopit vlastní procesy. Informace shromážděné pomocí umělé inteligence a technologií založených na senzorech vedou k novým poznatkům, které optimalizují procesy uvnitř i vně společnosti. Jedním z příkladů je prediktivní údržba – lze ji použít k detekci vzorců opotřebení, zvláštností a anomálií, což přispěje k potlačení poruch stroje, prostojů a chyb. Zvláštní pozornost by se měla věnovat také bezproblémové a flexibilní intralogistice – klíčovou roli zde hraje transparentní dodavatelský řetězec.
