Combustibilul viitorului: aspecte importante de luat în considerare privind producţia de pile de combustie
Publicat la 10 martie 2022 în Sustainable Manufacturing
Companiile ACES au nevoie de strategii şi tehnologii de producţie inteligente pentru utilizarea potenţialului oferit de hidrogen.
Când vorbim de mobilitatea sustenabilă, primul lucru la care ne gândim sunt maşinile electrice cu baterii. Pilele de combustie sau motoarele cu injecţie directă de hidrogen sunt tehnologii complementare care adesea se pierd în fundal, deşi au multe de oferit în privinţa reducerii emisiilor de CO₂ şi ca opţiuni de piaţă.
Industriile auto din Germania şi Europa au o abordare similară: într-un studiu recent Expleo, 80 la sută din producătorii auto chestionaţi au declarat că din punctul lor de vedere vehiculele alimentate cu hidrogen sunt mai ecologice şi mai curate decât maşinile electrice. 64 la sută dintre aceştia consideră că primele maşini cu hidrogen vor fi gata ca producţie în serie şi prezente pe piaţă în următorii doi ani.
Totuşi, este necesar un spirit mai inovator din partea producătorilor şi furnizorilor, susţinerea politicienilor şi investiţii într-o infrastructură energetică mai bună. Alte aspecte importante sunt: companiile din mediul ACES - ACES fiind acronimul pentru autonomous driving, connectivity, electrification, and shared mobility (conducere autonomă, conectivitate, electrificare şi mobilitate partajată) - au nevoie de unităţi de producţie eficiente şi care să reziste în viitor, cuvântul-cheie fiind Fabrica inteligentă. Liniile de producţie trebuie automatizate şi digitalizate, procesele manuale trebuie eliminate şi inovaţiile trebuie promovate.
Producţie de hidrogen cu adevărat sustenabilă numai cu ajutorul energiilor regenerabile
Producţia modernă şi automatizată de baterii şi pile de combustie, susţinută de robotică, tehnologia cu senzori şi inteligenţă artificială constituie punctul central al strategiilor sustenabile. Bateriile reprezintă elementul central atât al vehiculelor cu hidrogen, cât şi al celor „clasice”, electrice; totuşi, sunt semnificativ mai mici şi construite diferit. Pe lângă transmisia electrică şi cu hidrogen, merită menţionaţi şi e-combustibilii şi combustibilii sintetici printre tipurile de combustibili sustenabili. Totuşi, pentru a folosi hidrogenul într-un mod cu adevărat sustenabil, combustibilul H₂ trebuie să fie produs cu electricitate din surse regenerabile (electroliză), ceea ce deocamdată nu este complet fezabil în cantităţi mari.
Anumite companii auto mari sunt prea reticente la hidrogen
Spre deosebire de baterii, pilele de combustie nu depind de materii prime precum litiul sau cobaltul. Pentru pilele de combustie, materia de bază este fierul. Un alt avantaj este uşurinţa cu care hidrogenul, ca substanţă moleculară, poate fi depozitat, transportat şi pus la dispoziţie pentru aplicaţii. Transmisiile cu hidrogen sunt de ce în ce mai utilizate la vehiculele comerciale, cum ar fi autobuzele urbane, în mare parte datorită faptului că oferă mai mult spaţiu pentru unitatea de transmisie necesară. Motoarele cu hidrogen sunt încă relativ rare la maşinile „normale”, în parte din cauza lipsei staţiilor de alimentare cu H₂, dar şi din cauza implementării ezitante din industrie.Creşterea nivelului de automatizare în procesul de electroliză şi de producţie a pilelor de combustie
Nu putem evita construirea de autovehicule alimentate cu tipuri noi de energie, aşa-numitele NEV, dacă ar fi să ne apropiem câtuşi de puţin de ţintele impuse la Paris cu privire la protecţia climei. Hidrogenul poate fi produs din energii regenerabile într-un mod care să nu afecteze emisiile de CO₂ şi poate fi convertit în energie electrică în pilele de combustie. Totuşi, există mai multe provocări care trebuie depăşite în producţia acestor pile de combustie pentru a asigura eficienţa şi precizia. Ne referim aici atât la producţia componentelor individuale, cât şi la asamblarea unităţilor şi fabricarea întregului sistem.
Utilizarea la scară largă a tehnologiilor de electroliză şi pile de combustie necesită inovaţii de produs şi proces pentru reducerea costurilor de producţie în vederea implementării acestei tehnologii. Este necesară mărirea volumelor de producţie menţinând în acelaşi timp cerinţele de calitate la acelaşi nivel. Se recomandă linii de producţie flexibile şi modulare, care să poată fi adaptate cu uşurinţă la cerinţele individuale. Sunt necesare abordări pentru a reduce costurile de producţie pentru pilele de combustie, deoarece acesta este singurul mod prin care această tehnologie va fi acceptată pe termen mai lung.
Experienţa tehnică în materie de baterii susţine producţia de pile de combustie
Spre deosebire de producţia de celule de baterii, unde procesele au fost deja automatizate de mulţi ani şi sunt în continuare dezvoltate în mod constant, producţia de pile de combustie se află încă aproape la început. Aceasta deoarece tehnologiile pe hidrogen nu dispun de utilizarea şi acceptarea necesară pentru producţia crescută. Astfel, multe fluxuri de lucru sunt realizate semi-automat sau chiar manual. Pentru a face aplicaţiile cu hidrogen mai atractive, este necesară creşterea automatizării producţiei cât mai urgent. Deoarece procesele de producţie de baterii şi pile de combustie sunt asemănătoare din multe puncte de vedere, se recomandă cooperarea cu un partener deja familiarizat cu producţia automată a celulelor de baterii. Pe lângă tehnologie şi cunoştinţe de specialitate, mai sunt necesari şi integratori de sisteme şi constructori de utilaje pentru a dezvolta această tehnologie. Un proces deosebit de critic în producţia de baterii şi pile de combustie este stivuirea - aici pot surveni erori, cum ar fi scurgerile.Fabrica viitorului: procese de producţie modernizate, tehnologie inovatoare
Elementele-cheie ale producţiei de pile de combustie de viitor pentru promovarea mobilităţii sustenabile sunt procesele şi tehnologiile din cadrul Fabricii inteligente (producţia viitorului). Acestea fac posibilă modernizarea completă a producţiei şi eficientizarea totală a lanţurilor de aprovizionare, concomitent cu extinderea şi conversia la noi tehnologii de propulsie. Robotica industrială inovatoare, roboţii mobili şi coboţii, prelucrarea descentralizată a datelor (edge computing), tehnologia cu senzori, îmbinarea mecatronicii cu IT, realitatea augmentată (AR) sunt doar câteva exemple care fac parte din halele fabricii viitorului.
Cheia succesului o reprezintă cel mai înalt nivel posibil de digitalizare, astfel încât procesul de producţie să se poată optimiza în mod independent. Dar, şi trasabilitatea este esenţială, în mod ideal putând să urmărească fiecare strat dintr-o pilă de combustie pentru a identifica zonele în care producţia nu se desfăşoară în condiţii optime.
Un alt pilon este inteligenţa artificială (IA), deoarece poate fi utilizată pentru a valorifica un nou potenţial de eficienţă în lanţurile de producţie foarte complexe. Utilizată corect, IA poate ajuta managerii din domeniul auto să înţeleagă mai bine propriile procese. Informaţiile colectate de IA şi tehnologiile bazate pe senzori oferă noi informaţii pentru optimizarea proceselor din interiorul şi exteriorul companiei. Un exemplu este întreţinerea predictivă: aceasta poate fi folosită pentru detectarea tiparelor de uzură, a particularităţilor şi anomaliilor, contracarând astfel defecţiunile utilajelor, timpii de inactivitate şi erorile. Ar trebui acordată o atenţie deosebită realizării unor procese intralogistice continue şi flexibile, cu scopul de a se obţine un lanţ de aprovizionare transparent.
