Projektbeschreibung ReStack:
Remanufacturing von PEM-Brennstoffzellenstacks für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft

Problemstellung: Brennstoffzellensysteme können wirtschaftlich und ökologisch nachhaltiger eingesetzt werden, wenn eine Kreislaufwirtschaft um das Produkt aufgebaut wird. Dies liegt zum einen darin begründet, dass (Primär-)Platin, das Teil der MEA ist, einen erheblichen Anteil am CO2-Fußabdruck und den Kosten eines Brennstoffzellenstacks hat und zum anderen, dass Brennstoffzellensysteme eine hohe Wertschöpfung haben, welche am Ende des ersten Produktlebenszyklus so weit wie möglich erhalten bleiben sollte. Da verschiedene Komponenten der Brennstoffzelle, insbesondere die MEA, nach einer gewissen Betriebszeit irreversible chemische Degradationserscheinungen aufweisen, ist eine unmittelbare Wiederverwendung der MEA ausgeschlossen. Sobald ein Brennstoffzellenstack an sein Lebensende gelangt oder aufgrund eines Defekts frühzeitig ausfällt, bedarf es einer Zustandsbeurteilung des Stacks. Daraus muss abgeleitet werden, ob eine Reparatur des Stacks in Form eines Austauschs degradierter Zellen möglich ist. Falls dies nicht mehr möglich ist, bedarf es der Demontage des Brennstoffzellenstacks sowie einer entsprechenden Befundung und ggf. Wiederaufbereitung der Einzelkomponenten, um der Anforderung eines möglichst hohen Wertschöpfungserhalts gerecht zu werden. Bei irreversibler Degradationserscheinungen einzelner Komponenten müssen diese möglichst sortenrein einem Recycling zugeführt werden. Unter Berücksichtigung der erwarteten Stückzahlen müssen daher bereits jetzt Konzepte für die automatisierte Zustandsbeurteilung und Demontage von Brennstoffzellenstacks, mit dem Ziel einer Kreislaufwirtschaft, entwickelt werden, um langfristig zum Erfolg der Technologie beizutragen. Wesentliche, noch ungeklärte Fragestellungen ergeben sich daher in der Wiederaufbereitung von Kernkomponenten wie der Bipolarplatte inklusive deren notwendige Befundung.:


Ziel: Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung von Konzepten zur automatisierten Demontage und gleichzeitigen Zustandsbewertung von PEM-Brennstoffzellenstacks, mit dem primären Ziel des Remanufacturings. Dazu soll ein funktionsfähiger Demonstrator entworfen und aufgebaut werden, mit dem ein Brennstoffzellenstack an spezifischer Stelle aufgetrennt oder komplett in die Bestandteile MEA und BPP zerlegt werden kann. Weiterhin soll die Zustandsbewertung der Bipolarplatte ermöglicht werden. Ein Verfahren zur Aufbereitung der Bipolarplatte soll validiert werden. Aufbereitete Bipolarplatten sollen in einem "Reman-Stack" mit neuwertigen MEA mit einem komplett neuwertigen Stack verglichen werden.:


Vorgehen: Der Fokus des Projekts liegt auf der Reparatur und Wiederaufbereitung des Stacks, insbesondere auf der prototypischen Realisierung von Demontagelösungen und der Diagnose von Stacks und Komponenten. Im ersten Schritt soll die Demontage beleuchtet werden, in dem Lösungen für das Entspannen der Stacks, das Auftrennen des Stacks an beliebiger Stelle für Reparaturfälle und das Separieren der Stackkomponenten BPP und MEA entwickelt und erprobt werden. Anschließend wird eine Prozesskette für die Befundung der Bipolarplatten (u.a. Oberflächenfehler, Deformation) entwickelt. Das Wiederaufbereiten bzw. Remanufacturing der Bipolarplatten wird anschließend erarbeitet. Zuletzt werden die Prozesse Demontage und Befundung in eine prototypische Anlage überführt und in Form eines Demonstrators aufgebaut.