Kleine Teile. Große Wirkung. Ätzen für eine grünere Zukunft.

Chemisches Ätzen macht vielleicht keine Schlagzeilen, aber es treibt im Stillen einige der fortschrittlichsten Technologien an - von Satelliten bis hin zu Wasserstofftreibstoffsystemen. Durch den Einsatz kontrollierter chemischer Reaktionen, mit denen Metall punktgenau abgetragen wird, entstehen komplexe, spannungsfreie Komponenten, die mit herkömmlichen Methoden wie Stanzen oder Laserschneiden nicht erreicht werden können.

Da jedoch die Nachfrage nach hochkomplexen Komponenten weiter steigt, rückt das Ätzen immer mehr in den Vordergrund. Am deutlichsten ist diese Verschiebung bei Energiesystemen in verschiedenen Sektoren zu beobachten.

Weltraum

Jüngste Erhebungen deuten auf einen Boom bei Weltraummissionen sowohl von öffentlichen Einrichtungen als auch von privaten Betreibern hin. Dies hat eine Nachfrage nach kleinen, aber lebenswichtigen Komponenten wie dünnen, geätzten Nickelverbindungen für Lithium-Ionen-Batterien für Satelliten und Forschungsfahrzeuge zur Erforschung von Exoplaneten entstehen lassen.

Auch wenn die Komponenten einfach klingen, sind ihre Anwendungen alles andere als einfach. Sie werden in Systemen eingesetzt, die für den Betrieb unter den extremen Bedingungen des Weltraums konzipiert sind, wie bei Projekten wie dem Mars Rover. Dabei handelt es sich um ein ferngesteuertes Roboterfahrzeug, das für die Erkundung der Marsoberfläche entwickelt wurde, sowie für die bevorstehende ExoMars-Mission im Jahr 2028, die nach Anzeichen für früheres Leben auf dem Mars suchen soll.

Das ist Maschinenbau vom Feinsten. Es geht nicht darum, einfache Bauteile in großen Stückzahlen zu produzieren, sondern spezielle Materialien schnell, flexibel und präzise grat- und spannungsfrei zu bearbeiten.

Das chemische Ätzen ist hierfür ideal, da es die Werkzeugkosten niedrig hält und schnelle Designänderungen ermöglicht, so dass es sich perfekt für hochpräzise Arbeiten eignet, bei denen es keinen Spielraum für Fehler gibt.

Luft- und Raumfahrt

Die Luft- und Raumfahrt besteht aus einer Mischung aus alten und zukunftsweisenden Technologien. Die heutigen Innovationen beziehen sich nicht nur auf elektrisch oder mit Wasserstoff betriebene Flugzeuge, sondern auch darauf, die derzeitigen Verbrennungsmotoren sauberer und effizienter zu machen.

Das Wärmemanagement ist hier ein wichtiger Schwerpunktbereich. Kompakte Aluminiumwärmetauscher basieren auf geätzten Aluminiumplatten, die in Flugzeugtriebwerken verwendet werden, um den Kühlluftstrom mit höherer Effizienz zu steuern. Diese Platten mit ihren komplizierten Kanaldesigns entwickeln sich zu Bipolarplatten für Brennstoffzellen in Wasserstoffsystemen.

Sie sind nicht spekulativ, sondern schon seit über zehn Jahren auf dem Markt, aber die sich entwickelnden Fertigungsmöglichkeiten tragen dazu bei, sie für die nächste Generation zu überarbeiten und zu optimieren.

Wasserstoff und Elektrizität

Die Diskussion setzt sich auch bei Landfahrzeugen fort. Elektrofahrzeuge und Wasserstofftreibstoffsysteme werden oft als Konkurrenten angesehen, aber in Wirklichkeit ergänzen sie sich, vor allem wenn man sich anschaut, wo beide am sinnvollsten sind.

Sie fragen sich, warum dies der Fall sein könnte? Nun, der European International Council on Clean Transportation (ICCT) hebt hervor, dass Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge die EVs bei der Emissionsreduzierung bald übertreffen könnten, sofern sie mit erneuerbarem Wasserstoff betrieben werden.

Der Studie zufolge könnten FCEVs während ihrer Lebensdauer 79 Prozent weniger Emissionen ausstoßen als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, was etwas besser ist als Batterie-EVs, die erneuerbaren Strom nutzen.

Das bedeutet jedoch nicht, dass Wasserstoff die batterieelektrischen Fahrzeuge generell ersetzen wird. Es ist wahrscheinlich, dass wir eine Kombination aus beidem sehen werden. Elektrofahrzeuge dominieren den Pkw-Markt, während Wasserstoff im Schwerlastverkehr, in der Langstreckenlogistik und in kommerziellen Flotten an Bedeutung gewinnt.

Hinter beiden stehen Systeme, die auf Konnektivität aufbauen - nicht für Daten, sondern für Energie. Batteriepacks, Brennstoffzellen und Wärmetauscher sind alle auf geätzte Komponenten wie Stromschienen, Bipolarplatten und Wärmetauscher mit gedruckten Schaltkreisen angewiesen, um die Energieversorgung und das Wärmemanagement zu ermöglichen.

Im Falle von Wasserstoff könnte es sich dabei um die Lieferung von Platten für Elektrolyseure handeln, die Wasserstoff erzeugen, oder um Wärmetauscher-Strömungsplatten, die dazu beitragen, den Wasserstoff zu komprimieren und in einen Lastwagen zu leiten. Die gleichen Grundsätze gelten auch für das Fahrzeug selbst, ob es sich nun um einen wasserstoffbetriebenen Lastwagen oder ein Flugzeug der neuen Generation mit Brennstoffzellensystemen handelt.

Interessant ist, wie selbstverständlich dieser Übergang an bestehende Fähigkeiten anknüpft. Das Ätzen spielt seit langem eine Rolle in der Automobilproduktion der Verbrennungsära, von Einspritzdüsenkomponenten bis zu Systemen unter der Motorhaube. Jetzt ermöglicht dasselbe Verfahren die Herstellung von Brennstoffzellen, EV-Batterieverbindungen und dem gesamten Wasserstoff-Ökosystem.

Und anders als bei der Verbrennung, wo es um Effizienzsteigerungen ging, steht hier Existenzielles auf dem Spiel. Wasserstoff ist kein Nebenschauplatz, sondern ein wichtiger Teil des Puzzles der Energiewende.

Autonome Fahrzeuge

Dieses Crossover ist Teil eines breiteren Trends bei autonomen Fahrzeugen. In den USA werden beispielsweise geätzte Kupferschienen in den Akkus autonomer Robotertaxis verwendet. Im Vereinigten Königreich wird die Einführung selbstfahrender Taxis erst nach dem Inkrafttreten des Automated Vehicles Act Ende 2027 in größerem Umfang erfolgen.

Diese Akkus befinden sich unter dem Beifahrersitz und bestehen aus Reihen von Zellen der Größe AA, die durch präzise konstruierte Busbars mit Unterbrechungspunkten verbunden sind, die Ausfälle isolieren und eine Abschaltung des gesamten Akkus verhindern.

Es handelt sich um eine klassische Vorserienentwicklung, bei der Tausende von Teilen in mäßigen Stückzahlen produziert werden, und das alles innerhalb enger Zeitfenster und mit wechselnden Spezifikationen. Das chemische Ätzen glänzt hier mit Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität. Auch wenn diese Fahrzeuge später auf Großserien-Stanzverfahren umgestellt werden können, hilft das Ätzen in den frühen Phasen, in denen das Design noch nicht festgelegt ist.

Und es gibt noch einen weiteren Trend zu erkennen: Die in der Batterie eines autonomen Fahrzeugs verwendete Technologie ähnelt strukturell der in Satelliten verwendeten. Der Kontext ändert sich, aber die technische Notwendigkeit, Energie zu verbinden, zu leiten und zu kontrollieren, bleibt gleich. Doch anders als im Weltraum geht das Entwicklungsvolumen noch in die Tausende, bevor höhere Produktionsmethoden zum Einsatz kommen.

Eine sektorübergreifende Realität

Die zugrundeliegende Botschaft ist, dass es eine sektorale Konvergenz gibt. Die Energiesysteme im Weltraum, in der Luft, an Land und auf See werden von denselben grundlegenden Kräften bestimmt. Das sind die Nachfrage nach sauberer Energie, der Bedarf an Flexibilität im Design und der Druck, schnell zu liefern.

Chemisches Ätzen unterstützt das Rapid Prototyping, liefert Präzision ohne Stress und funktioniert mit einer Vielzahl von Materialien, was es zu einer natürlichen Lösung für das Tempo und die Komplexität der modernen Technik macht.

Von reinem Nickel in Satelliten über Kupfer in Elektrofahrzeugen bis hin zu Speziallegierungen in raumfahrttauglichen Systemen - das Verfahren passt sich an die verschiedenen Anwendungen an, ohne dass das Ergebnis beeinträchtigt wird.

Energie ist der rote Faden, der den Fortschritt in verschiedenen Anwendungen verbindet, sei es bei Satelliten in der Umlaufbahn oder bei Innovationen im Straßenverkehr. Schließlich liegt die Zukunft nicht nur am Horizont - in vielen Fällen ist sie bereits in Produktion.

Für weitere Informationen zum chemischen Ätzen können Sie hier das neueste Whitepaper von Precision Micro herunterladen. Alternativ können Sie das Team auch unter +44 (0) 121 380 0100 kontaktieren.