Gestaltung und Bewertung von skalierbaren Technologieketten für die Großserienproduktion von Brennstoffzellen

Zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors stellen PEM-Brennstoffzellen eine sinnvolle Lösung dar, konnten jedoch bisher keinen signifikanten Marktanteil erreichen. Prozessseitig bestehen große Unsicherheiten bezüglich geeigneter Fertigungstechnologien. Mit dieser Arbeit wird ein Beitrag geleistet, Potenziale einer systematischen Gestaltung und Bewertung von skalierbaren Technologieketten zum Aufbau einer Großserienproduktion von Brennstoffzellen erkennbar und nutzbar zu machen.

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Zur Dekarbonisierung des Verkehrssektors werden elektrifizierte Antriebstechnologien benötigt. PEM-Brennstoffzellen können hier insbesondere für den Einsatz in Premium-Personenfahrzeugen sowie Nutzfahrzeugen eine sinnvolle Lösung darstellen, da sie die Vorteile einer kurzen Betankungszeit und hohen Reichweite vereinen. Trotz dieser Vorteile und zahlreicher F&E-Aktivitäten konnte die Brennstoffzelle jedoch bisher keinen signifikanten Marktanteil erreichen, was zu einem nennenswerten Anteil auf prozessseitige Hemmnisse bei der Industrialisierung zurückzuführen ist. Von hoher Kritikalität ist vor allem die Skalierbarkeit der Produktion in Bezug auf die Stückzahl, welche in bisherigen Forschungsarbeiten nur unzureichend berücksichtigt wird. Somit bestehen große Unsicherheiten bezüglich der geeigneten Fertigungstechnologien für den Markthochlauf, was Investitionen erschwert und die Marktdurchdringung von Brennstoffzellen verzögert. Mit dieser Arbeit soll durch eine Quantifizierung und Mitigation der Unsicherheiten über die Eignung einer Technologiekette für den Aufbau einer Großserienproduktion ein Beitrag geleistet werden, Verzögerungen zu begrenzen und den Marktdurchbruch zu beschleunigen. Die übergeordnete Zielsetzung besteht darin, die Potenziale einer systematischen Gestaltung und Bewertung von skalierbaren Technologieketten aller Fertigungsansätze für eine erleichterte Entscheidungsfindung zum Aufbau einer Großserienproduktion von Brennstoffzellen erkennbar und nutzbar zu machen.Dazu wird eine Methodik entwickelt, welche in vier Module gegliedert ist. Das Initiierungsmodul abstrahiert vom Produktdesign ausgehend die Problemstellung und kann als Vorbereitung für die anschließende Gestaltung, Bewertung und Interpretation von Technologieketten verstanden werden. Ergebnis des Gestaltungsmoduls ist eine Menge an kompatiblen Technologieketten zur Fertigung von Brennstoffzellen, welche als Input für das Bewertungsmodul dient. In diesem werden monetäre und nicht-monetäre Bewertungsergebnisse zur Skalierungseignung der Technologieketten erzielt. Das Interpretationsmodul führt diese von der abstrakten auf eine anwendungsbezogene Ebene zurück und unterstützt so die Entscheidungsfindung. Abschließend wird die Methodik anhand eines Beispiels aus der industriellen Praxis validiert.