Bagaimana sistem otomatisasi robotik dan digital twin dalam produksi elektroliser PEM skala gigawatt? Bagaimana pelaku industri di Indonesia melakukan adopsi otomasi?.
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer IPA (sumber): Peningkatan permintaan hidrogen hijau mendorong percepatan industrialisasi teknologi elektrolisis, khususnya elektroliser Proton Exchange Membrane (PEM) dan Anion Exchange Membrane (AEM).
Untuk menjawab tantangan skala, biaya, dan konsistensi kualitas, para peneliti Fraunhofer IPA dan mitra industri mengembangkan jalur produksi elektroliser berbasis otomasi robotik dan platform digital twin.
Implementasi ini memungkinkan proses penumpukan (stacking) elektroliser dilakukan dalam hitungan detik dengan kontrol kualitas berbasis visi mesin, sekaligus membuka jalan menuju kapasitas produksi tahunan hingga skala gigawatt.
Robot menumpuk elektroliser dalam hitungan detik. Saat ini, elektroliser masih sebagian besar diproduksi secara manual. Cara ini membutuhkan waktu dengan biaya yang mahal dan rentan terjadi suatu kesalahan.
Dalam subproyek Industrialisasi Produksi Elektrolisis atau Proton Exchange Membrane (PEM), tim peneliti dengan mitra industri, membangun jalur produksi otomatis di perusahaan yang dinamakan dengan Quest One dan berlokasi di Braak, Schleswig-Holstein, Jerman.
Robot menangani proses yang disebut penumpukan, yaitu perakitan komponen individual dari sebuah elektroliser. Sebuah elektroliser terdiri dari setidaknya dua elektroda – anoda bermuatan positif dan katoda bermuatan negatif – dan membran pertukaran proton (PEM) di antaranya.
Untuk meningkatkan kinerja, banyak sel elektrolisis ini ditumpuk bersama untuk membentuk apa yang disebut tumpukan.
“Robot hanya membutuhkan satu detik untuk menempatkan satu komponen di atas komponen lainnya,” ungkap kata Nicolas Mandry salah satu tim riset teknologi hydrogen, Fraunhofer IPA.
Tim peneliti mengembangkan penjepit yang diperlukan khusus untuk mencapai tujuan. Jaminan kualitas juga diotomatiskan meliputi kamera dan perangkat lunak pemrosesan gambar pemeriksa komponen individual dan menolak komponen yang cacat sebelum dipasang.
Pabrik elektroliser skala gigawatt dan adopsi
Akan tetapi, perangkat lunak yang digunakan itu memungkinkan penyimpangan kecil jika disimpulkan bahwa penyimpangan tersebut tidak akan memengaruhi kinerja elektroliser yang sudah jadi.
Semua proses produksi di hulu dan hilir maka penumpukan pun diperiksa. “Elektroliser yang diproduksi di sini dalam setahun memiliki output nominal gabungan setidaknya satu gigawatt – berkali-kali lebih besar daripada yang dicapai ketika elektroliser masih sebagian besar diproduksi secara manual,” beber Nicolas Mandry.
Kembaran digital memetakan produksi elektroliser secara real-time. Produksi elektroliser PEM otomatis dalam skala gigawatt tidak hanya harus cepat tetapi juga efisien.
Fondasinya adalah platform IT produksi berorientasi layanan di seluruh lokasi di mana data dari setiap modul produksi individual dikumpulkan dan dianalisis secara real-time.
Ini menciptakan representasi virtual dari proses produksi, yang disebut kembaran digital, yang membantu mengidentifikasi kesalahan dan potensi optimasi.
Para peneliti mencapai hasilnya—setidaknya sebagian—dalam melalui sub-proyek Pabrik Referensi untuk Produksi Elektroliser Tingkat Tinggi atau disebut (FRHY).
“Sesaat sebelum berakhirnya proyek penelitian, tidak semua fasilitas produksi, yang tersebar di total lima Institut Fraunhofer, telah selesai atau dioperasikan,” kata Henry Himmelstoß dari tim peneliti untuk Metode Pengenalan dan Implementasi untuk Solusi TI di Fraunhofer IPA.
Dan tidak semua fasilitas yang telah selesai terhubung dalam jaringan lanjut Henry Himmelstoß. Waktu pengiriman mesin dan peralatan yang lama dapat mengganggu jadwal.
Untuk sementara waktu, kesenjangan ini diisi oleh apa yang disebut emulator—perangkat lunak yang meniru fungsi modul produksi dan menghasilkan data yang dapat dibandingkan. Untuk mengejar defisit yang dihasilkan dan di antara tumpukan yang tersedia di pasaran.
Kondisi akhir masa pakai tumpukan juga dapat bervariasi tergantung pada masa pakainya. Berdasarkan analisis ini, tim peneliti mengidentifikasi persyaratan dan proses yang sesuai untuk pembongkaran otomatis.
Hal ini diikuti dengan pengembangan keterampilan robot khusus yang memungkinkan penanganan tumpukan yang kuat dan pelepasan sekrup.
Untuk mengatasi ketidakakuratan posisi lengan robot, perlengkapan, alat, dan unit pemrosesan gambar, Al Assadi dan timnya melatih agen pembelajaran penguatan untuk menciptakan koneksi positif yang aman saat melonggarkan sambungan sekrup.
Keterampilan robot yang dihasilkan kemudian diintegrasikan ke dalam demonstrator perangkat keras, yang tersedia untuk pelanggan industri sebagai platform pengujian.
Secara paralel, Bernhard Malicek dari tim penelitian teknologi hidrogen dari Fraunhofer IPA mengembangkan kembaran digital yang memungkinkan proses pembongkaran untuk diadaptasi ke berbagai desain tumpukan.
Dengan merekam secara digital konsumsi energi dari setiap langkah proses, urutan pembongkaran untuk berbagai varian produk dapat direncanakan dengan cara yang dioptimalkan energinya.
Hal ini mendukung pengembangan ekonomi sirkular yang layak secara ekonomi meskipun terdapat variasi produk yang tinggi di pasar.
Jika pelaku industry di Indonesia merencanakan adopsi otomasi maka harus dilakukan sejak tahap desain produk, Produsen elektroliser disarankan menerapkan prinsip design for automation agar komponen kompatibel dengan proses robotik dan inspeksi berbasis kamera.
Digital twin terbukti efektif untuk pemantauan real-time, mrnganalisis performa, dan optimasi proses produksi lintas fasilitas.
Penggunaan pemrosesan gambar dan machine learning memungkinkan toleransi manufaktur yang lebih fleksibel tanpa mengorbankan kinerja elektroliser.
Otomatisasi tidak hanya relevan untuk produksi, tetapi juga untuk end-of-life management tumpukan elektroliser demi keberlanjutan industri.
Transformasi produksi elektroliser dari proses manual ke sistem otomatis berbasis robotik dan digital twin merupakan langkah strategis untuk mencapai skala industri hidrogen hijau.
Pendekatan ini tidak hanya meningkatkan kapasitas hingga level gigawatt, tetapi juga menekan biaya, meminimalkan kesalahan, dan meningkatkan keandalan produk.
Bagi pelaku industri, adopsi teknologi manufaktur cerdas bukan lagi pilihan, melainkan kebutuhan untuk tetap kompetitif dalam ekosistem energi bersih global yang berkembang pesat. #SalamSobatTechnoMachinews
