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Autor: Andy Marsh (CEO Plug Power)
Datum: 26.07.2019
Wie Brennstoffzellen die Robotik zu einer stärkeren Lieferkette antreiben.
Die technologischen Fortschritte bei Brennstoffzellen bieten Robotik-Entwicklern zusätzliche Möglichkeiten zur Stromerzeugung.
Angesichts des rasanten Wachstums des Marktes für autonome mobile Roboter und der sich rasch wandelnden Automatisierung der globalen Lieferkette ist die Zeit für einen neuen Blick auf nachhaltige Energielösungen, die die Roboterwirtschaft von morgen antreiben längst überfällig. Wasserstoffbrennstoffzellen haben insbesondere in diesem Jahr eine herausragende Stellung erlangt und sind bei den größten Volkswirtschaften der Welt auf beispiellose Aufmerksamkeit und Investitionen gestoßen. Während sich ein Großteil des Interesses an Brennstoffzellen auf politische Vorschläge für den Verkehrssektor konzentriert, verfügt diese vielseitige Technologie über das Potenzial die mobile Industrierobotik in jedem Schritt der Lieferkette zu verbessern.
Brennstoffzellen in der Lieferkette
Wasserstoffbrennstoffzellen sind eine unglaublich vielseitige Technologie mit vielfältigen Anwendungen. Ein Großteil dieses Potenzials wird durch elektrische mobile Roboter und Fahrzeuge in der globalen Lieferkette realisiert. Tatsächlich passiert es bereits jetzt. Brennstoffzellen haben einen robusten und wirtschaftlich tragfähigen Markt in der Materialumschlagsbranche gefunden. Derzeit sind mehr als 25.000 Wasserstoff-Brennstoffzellenstapler in den USA in Lagern, Geschäften und Produktionsstätten im Einsatz. Sie sind auf dem Weg den Transportsektor zu erobern, wo sie schnell ihre Überlegenheit gegenüber batteriebetriebenen Lösungen für den Einsatz in Elektrofahrzeugen unter Beweis stellen werden, die längere Laufzeiten erfordern.
Ähnlich wie der globale Markt für Elektrofahrzeuge wird die mobile Robotik für Elektrofahrzeuge seit langem von Batteriestrom dominiert. Im Vergleich zu den heutigen Wasserstoffbrennstoffzellen ist die Batterietechnologie relativ kostengünstig, weit verbreitet und bietet einige klare Vorteile in Bezug auf Kurzstreckenanwendungen. In nahezu jeder anderen Metrik setzen sich Brennstoffzellen gegen Batterien durch, und die jüngsten wissenschaftlichen Entwicklungen haben diese Vorteile nur noch verstärkt. Schauen wir uns einige Beispiele an:
Energie-zu-Gewicht-Verhältnis
Die Menge an Kraft, die ein Roboter zur Fortbewegung benötigt, ist direkt proportional zu seinem Gewicht, und das Gewicht der Kraftquelle selbst war lange Zeit ein äußerst begrenzender Faktor bei der Entwicklung mobiler Roboter. Batterien müssen im Verhältnis zu ihrer Leistungsabgabe größer (und schwerer) oder kleiner gemacht werden - deshalb sind AA-Batterien größer als AAA-Batterien -, aber die Größe der Brennstoffzellen bleibt in allen Leistungsbereichen vergleichsweise konstant. Bei höheren Leistungsbereichen kann eine Wasserstoff - Brennstoffzelle 236 mal mehr Energie pro Kilogramm als ein Lithium-Ionen - Akku speichern, und die neuesten Modelle vergrößern diesen Unterschied. Dies macht sie zur ersten Wahl für energieintensive Anwendungen wie Fertigung und Lagerhaltung, bei denen eine hohe Auslastung der Anlagen und längere Laufzeiten erforderlich sind. Aber das ist erst der Anfang. Mit ihrem geringen Gewicht und ihrer hohen Leistungsdichte könnten Brennstoffzellen der Schlüssel sein, um längere Flugzeiten für Drohnen freizuschalten und damit die Tür zu den automatisierten Last-Mile-Lieferungssystemen der Zukunft weiter zu öffnen.
Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen
Batterien sind bekanntermaßen empfindlich gegen die Auswirkungen extremer Temperaturen und können bei heißem und kaltem Wetter ihre Leistung erheblich beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu sind Brennstoffzellen in diesen Umgebungen sehr zuverlässig und bieten während einer Schicht volle Leistung. Aus diesem Grund setzen Lebensmittel- und Getränkemarken zunehmend auf Brennstoffzellenlösungen, um den Materialumschlag in Kühllagern und Vertriebszentren voranzutreiben. Die jüngsten Fortschritte haben die Leistung von Brennstoffzellen bei heißen und kalten Temperaturen noch weiter verbessert , was die Einführung mobiler Roboter in Gießereien und anderen extremen Industrieumgebungen ermöglichen könnte.
Schnell tanken
Wenn die Batterien der heutigen elektrischen Industrieroboter erschöpft sind, dauert es normalerweise eine ganze Nacht, bis sie wieder voll sind. Diese Ausfallzeit bedeutet stundenlange Produktivitätsverluste für die automatisierte Fabrik oder das Lager. Wenn einem Roboter mit Brennstoffzellenantrieb jedoch der Saft ausgeht, dauert es nur wenige Minuten, um die Wasserstoffversorgung wieder aufzufüllen. Obwohl an den meisten Tankstellen ein Mensch für die Bedienung der Pumpe erforderlich ist, ist dieser zusätzliche Schritt nicht lange erforderlich. Im vergangenen Herbst bewilligte das Energieministerium 2 Mio. USD für eine Studie über autonome Wasserstofftankstellen. Diese Innovation könnte den Weg ebnen für die Einführung mobiler Roboter, die mit nur wenigen Minuten Ausfallzeit pro Tag rund um die Uhr arbeiten können, und schließlich für autonome Fahrzeuge, die monatelang ohne menschliches Eingreifen auf der Straße bleiben können.
Dies sind nur einige der Vorteile, die Brennstoffzellen gegenüber der Batterietechnologie in der mobilen Industrierobotik bieten. Forscher auf der ganzen Welt machen jeden Tag weitere Fortschritte in der Brennstoffzellentechnologie. Das Innovationstempo auf dem Brennstoffzellenmarkt wird erst zunehmen, wenn einige der weltweit führenden Volkswirtschaften (einschließlich der USA, Europas, Japans und Chinas ) aktiv in seine Entwicklung investieren. Die 2020er Jahre entwickeln sich schnell zum Jahrzehnt der Wasserstoff-Brennstoffzelle. Die einzige Frage, die noch offen ist, ist, ob die heutigen Roboter- und Unternehmensführer der Kurve voraus sind oder im Staub liegen.