1 200 metrov zvarov zabezpečuje vodíkovú tesnosť každého zásobníka palivových článkov

Výrobný závod Stuttgart-Feuerbach

• Feuerbach má významné miesto v histórii i budúcnosti mobility. V Stuttgarte-Feuerbachu je najväčší a zároveň najstarší závod spoločnosti Bosch na svete. V roku 1909 ho založil sám Robert Bosch.

• Závod vo Feuerbachu zamestnáva ľudí a prepravuje tovar už viac ako 100 rokov: v prevádzke pracuje približne 2 800 zamestnancov a celý závod zamestnáva približne 15 000 ľudí.

• Máloktorá iná lokalita ilustruje transformáciu mobility tak dobre ako Feuerbach. V roku 1910 sa tam začala výroba súčiastok pre magnetofóny a následne v roku 1927 výroba vstrekovacích čerpadiel pre nákladné vozidlá. Odvtedy sa na tomto mieste spustila výroba mnohých výrobkov, najmä pre spaľovacie motory. Od júla 2023 tam bude najnovšie prebiehať sériová výroba Fuel Cell Power modulu (FCPM) na ploche, ktorá je aktuálne veľká takmer ako polovica futbalového ihriska.

• Aj táto sériová výroba FCPM je spoločným projektom, na ktorom sa podieľa viacero nemeckých lokalít s dlhou históriou mobility: Bamberg dodáva palivový článok do výrobného závodu vo Feuerbachu. Dôležité systémové komponenty, ako napríklad elektrický vzduchový kompresor a recirkulačné dúchadlo, pochádzajú z Homburgu. Montáž a testovanie celého systému sa následne vykonáva vo Feuerbachu.

• Závod vo Feuerbachu je súčasťou medzinárodnej výrobnej siete. Len vďaka výmene poznatkov a výrobných skúseností bolo možné spustiť výrobu palivových článkov Fuel Cell Power modulu nielen vo Feuerbachu, ale aj v čínskom Chongqingu, kde potrebné komponenty pochádzajú zo závodu Bosch vo Wuxi. Podobne sa plánuje aj výroba stackov v meste Anderson v Severnej Karolíne.

Fuel Cell Power modul palivového článku

• Fuel Cell Power modul palivových článkov vyrábaný vo Feuerbachu je najkomplexnejší systém, aký kedy spoločnosť Bosch vyvinula. Pozostáva z niekoľkých stoviek jednotlivých častí, váži viac ako 500 kilogramov a má plochu približne 1,5 metra štvorcového

• Modul je navrhnutý tak, aby sa zmestil do priestoru, ktorý predtým zaberal spaľovací motor nákladného vozidla. Pre výrobcov nákladných vozidiel je to výhoda a šetrí im to peniaze, pretože môžu vozidlá stavať na tej istej platforme.

• Srdcom Fuel Cell Power modulu sú palivové články. Na prvý pohľad nie sú veľmi efektné. Sú veľké len ako obálka a vážia menej ako 100 gramov. Na pohon ťažkého nákladného vozidla ich treba skombinovať niekoľko stoviek. Táto kombinácia, známa ako stack/zásobník, poskytuje celkový elektrický výkon viac ako 100 kilowattov. Napájací modul palivového článku pozostáva z dvoch takýchto stackov, ktoré poskytujú celkový výkon viac ako 200 kilowattov – viac než dosť na pohon 40-tonového nákladného vozidla.

• V prípade nového pohonného systému na palivové články môžeme využiť poznatky získané počas desaťročí výskumu a vývoja komponentov pohonných jednotiek, ako aj naše skúsenosti s výrobou pre mobilitu budúcnosti. Z dlhodobého hľadiska chceme, aby viac ako polovica hnacieho ústrojenstva s palivovými článkami vznikala vo vlastnej réžii, a aby špeciálne inžinierstvo Bosch pokrývalo viac ako 50 % výrobných zariadení. Podarilo sa nám tiež preniesť poznatky týkajúce sa technológie povrchovej úpravy a testovania tesnosti. Okrem toho naši výskumníci vyvinuli riešenia, ktoré v budúcnosti pomôžu predĺžiť životnosť palivových článkov PEM až na 30 000 prevádzkových hodín.

• Pri výrobe mobilných palivových článkov sa používa vysokorýchlostné laserové zváranie. S jeho pomocou zabezpečujeme vodíkovú tesnosť až 1 200 metrov zvarov v každom stacku.

• Okrem stacku obsahuje mobilný systém palivových článkov mnoho ďalších komponentov vrátane dávkovacieho ventilu vodíka a elektrického vzduchového kompresora. Spoločne dodávajú vodík a kyslík do palivových článkov, aby sa elektrochemickou výmenou reakčných plynov vodíka a kyslíka mohla vyrábať elektrická energia. Táto elektrina sa ukladá na jednej strane v batérii, na druhej priamo poháňa elektromotor vozidla. Na rozdiel od čisto batériových ťažkých nákladných vozidiel, kde batérie môžu vážiť až deväť ton, batérie v nákladnom vozidle s palivovými článkami vážia približne len 500 kilogramov.

Technológia výroby a testovania palivových článkov

• Po každom výrobnom kroku a pred ukončením procesu sa systém palivového článku priebežne testuje na tesnosť. Hélium použité pri skúške tesnosti sa zachytáva, filtruje a opätovne používa na ďalšie testovanie. Týmto spôsobom je možné opäť použiť až 40 % použitého hélia.

• Okrem toho sa dusík, ktorý sa tiež používa pri skúškach tesnosti, získava z okolitého vzduchu pomocou generátora dusíka. Týmto spôsobom sa eliminuje balenie a preprava a plyn sa nemusí stláčať, čo šetrí energiu.

• Každý napájací modul palivového článku je pred dodaním dôkladne otestovaný. Test na konci výrobnej linky (EOL) zaznamenáva 450 premenných. Rôzne jazdné režimy (zrýchlenie, brzdenie) vo vozidle sa testujú s vodíkom a kyslíkom na skúšobnej stolici v reálnych podmienkach. Výrobná a testovacia technológia, ktorá sa tu používa, pochádza z divízie Bosch Manufacturing Solutions, ktorá sa zaoberá výrobou špeciálnych strojov.

• Testovací proces je štrukturálne efektívny a neustále sa zdokonaľuje. Elektrina vyrobená počas tohto procesu sa dodáva do elektrickej siete v závode vo Feuerbachu.

Elektrické nákladné vozidlo s palivovými článkami

• Ak sú palivové nádrže dostatočne veľké, nákladné vozidlo môže prejsť približne 800 kilometrov z Hamburgu do Mníchova bez doplnenia paliva.

• Doplnenie paliva trvá približne rovnako dlho ako vypitie šálky kávy – za 10 až 20 minút je vozidlo plné. Jeden kilogram vodíka obsahuje toľko energie ako 3,3 litra nafty.

• Aby bolo možné rýchlo a jednoducho natankovať vodík do vozidiel, musí byť plyn stlačený na 900 barov. Na energeticky efektívnu prevádzku vodíkových kompresorov v čerpacích staniciach vyvinula spoločnosť Bosch Rexroth škálovateľné systémové riešenie s nízkymi nárokmi na údržbu.

• Mobilné palivové články fungujú na vodíkový plyn. Vo vnútri článkov tento vodík reaguje s kyslíkom z okolitého vzduchu. Výsledkom je elektrická energia na pohon elektromotora a „výfukové plyny“ vo forme čistej pary.

• Na konci roka 2022 bolo na cestách už približne 500 vozidiel vybavených systémami palivových článkov Bosch. Tento počet bude naďalej rásť, keďže sa plánuje spustenie výroby v USA a Číne. Spoločnosť Bosch sa domnieva, že do roku 2030 bude každé piate nové nákladné vozidlo s hmotnosťou šesť ton alebo viac vybavené pohonom na palivové články - za predpokladu, že medzinárodné úsilie o zmiernenie globálneho otepľovania bude naďalej naberať na sile.