Arkiv / Teknik

Bevakning av European SOFC & SOE Forum

Creative commons license

skrivet av Jan Froitzheim, Jan-Erik Svensson, Hannes Falk Windisch (Chalmers)
Europas största SOFC och SOEC konferens, European SOFC & SOE Forum, hölls första juliveckan i den Schweiziska staden Luzern. Med 290 bidrag från mer än 30 länder och sex kontinenter var denna konferens återigen mycket välbesökt. Närvarande från Sverige var Chalmers Tekniska Högskola, Högskolan Väst och AB Sandvik Materials Technology.
Konferensens huvudfokus har traditionellt sett varit SOFC men i år kunde man se att SOEC teknologin nästan var lika stor. Framförallt visades det ofta upp att man kunde köra sina stackar i båda lägena (reversibel SOFC). Ett viktigt uttryck är ”Power-to-Gas” där SOEC ses som ett mycket attraktivt sätt, att inte bara producera vätgas, utav även andra kolinnehållande gaser.
Några av de företag som visade upp rSOFC (reversible SOFC) system var Sunfire (Tyskland), Boeing (USA, anväder Sunfire stackar) och Sylfen (Frankrike).
Sylfen är ett nytt företag som bildades is Juni 2015. Deras teknologi är baserat på reversibel SOFC och SOEC som har utvecklats vid CEA-Liten. Målet är inte att endast utveckla SOFC och SOEC system utan fokus ligger på helhetskonceptet. De utvecklar en ”smart energy hub” där överskottsenergi producerar vätgas via SOEC vilket kan sparas för senare bruk i SOFC mode. De första kommersiella modulerna förväntas komma ut på marknaden 2018. Ett liknande reversibelt system visade Boeing upp med 50 kW i SOFC mode och 120 kW i SOEC mode där 3.5 kg H2 kan produceras per timme.
De stora SOFC utvecklarna som var närvarande var Hexis (Schweiz), Versa Power (USA), Ceres Power (UK), SOLIDpower (Italien), Sunfire (Tyskland), Elcogen (Finland/Estland), Convion (Finland), Plansee (Österrike) och FuelCellEnergy (USA).
Elektriska verkningsgrader kring 60 % el, långsam degradation och tålighet mot termiska cykler var några av de framsteg som flera utav SOFC tillverkarna visade upp. Trots utvecklingen mot långtidsstabila system återstår fortfarande problemet med det förhållandevis höga priset. Hexis, som ägs utav Viessmann Group, har ett CHP-system som producerar 1 kW elektricitet och 1.8 kW värme. Enligt deras resultat ska detta system klara långt över 40 000 h utan någon större degradation. Till skillnad från de flesta andra tillverkare bygger Hexis-teknologin på elektrolytsupportad design vilket endast ger en verkningsgrad på 45 % el (DC). Idag kostar ett sådant system 180 000 kr i Tyskland. Deras mål är att komma ner till ett pris på 143 000 kr inklusive installation vilket är ett utav deras viktigaste framtida mål. Det brittiska företaget Ceres Power utvecklar också mindre CHP SOFC system i första hand avsedda för hushåll. De använder sig av en metallbaserad cell vilket tillåter bränslecellen att operera vid 600 ˚C vilket möjliggör användandet utav billigare komponentmaterial. I deras föredrag angav dom inget pris för ett specifikt CHP system men istället angav dom 17 000 kr per kW för stacken med möjlighet till 5600 kr per kW vid hög produktionsvolym. Den elektriska effektiviteten för systemet ligger kring 50 % el (DC) men de har visat på laboraratoriet att de kan öka den ytterligare. Det Finsk/Estniska företaget Elcogen säljer SOFC stackar i 1 och 3 kW el klassen. Likt Ceres Power är dessa också designade för låga temperaturer (600-700 ˚C). Kostnader som nämndes var < 9500 kr/kW för dessa stackar. Ett annat företag som var med i många sammanhang är det Italiensk/Schweiziska företaget SOLIDpower vilka har tagit över den tyska delen av Ceramic Fuel Cells Ltd. I det förvärvet tog de över modulen BlueGen som har visat upp en verkningsgrad på 60 % el (AC) för systemet. För tillfället jobbar dom på att integrera detta system med deras tidigare system som heter EnGen, då SOLIDpower hette SOFC Power. Deras mål är inte endast CHP marknaden utan arbetar aktivt för att utveckla system i klassen 10 kW och däröver. Dessutom vill dom framöver även utveckla SOEC system. Det finska företaget Convion som 2013 tog över Wärtsilä´s SOFC program är ett av de företag som inte satsar på CHP marknaden utan framförallt på SOFC i 50-300 kW klassen [1]. Även det amerikanska företaget FuelCellEnergy som i huvudsak säljer MCFC system i multi-MW storlek utvecklar, med uppdrag från United States Department of Energy (DOE) genom SECA programmet, SOFC system i MW-skala. Tanken är att kol ska förgasas vilket sedan kan användas som bränsle i stora SOFC anläggningar [2]. FuelCellEnergy hade även ett föredrag där dom visade att de även utvecklar SOEC system. För både SOFC and SOEC använder de sig av stackar från Versa Power System. Haldor Topsoe, moderbolaget till det nedlagda bolaget Topsoe Fuel Cells, fokuserar för närvarande endast på ”Power-to-Gas” konceptet. De fokuserar på produktion utav CO via CO2.
Även om stationära system dominerar i SOFC branchen så finns det flera företag som ser potentialen även inom mobila applikationen. Ett av de företag som sedan många år tillbaka har visat intresse för SOFC är det Österrikiska företaget AVL. De ser stor potential för SOFC inom olika APU sektorer framförallt eftersom bränslen producerat från biomassa såsom biogas och etanol kan användas men även eftersom fossila bränslen fortfarande kommer att var en del av bränslet för mobila applikationer inom den närmsta framtiden. De har utvecklat ett 5 kW SOFC system med en verkningsgrad på 40 % om diesel används som bränsle och 55 % om etanol används som bränsle. Genom att producera elen via SOFC vid tomgångskörning kan CO2 utsläppet reduceras med 75 % [3]. AVL ser även möjligheten att bygga in SOFC som ”range extender” i elbilar så att dessa kan uppnå en distans på över 700 km. På konferensen presenterades ett samarbete mellan AVL, Nissan och Plansee för detta syfte. Strax därefter i samband med invigningen till OS i Rio de Janeiro avslöjade Nissan att de har en prototyp. Prototypen utav e-NV200 är en elbil som är utrustad med ett 5 kW SOFC system och en 30 liters tank för bio-etanol. Enligt Nissan kan denna skåpbil köra över 600 km med hjälp utav en ”SOFC range extender” [4]. Detta kan jämföras med de 170 km som den kommersiella elbilen e-NV200 kan köra på fullt batteri [5]. Marina applikationer är ett annat område där SOFC teknologin har potential. ThyssenKrupp visade att de utvecklar 50 och 500 kW system som kan drivas på diesel. De stora fördelarna utöver den höga elektriska verkningsgraden (50 %) är även den mycket lägre ljudnivån och den signifikanta reduktionen utav emissioner, framförallt i form utav partiklar. Även SOEC kan användas för mobila applikationer. Det amerikanska företaget Ceramatec i Salt Lake City utvecklar ett SOEC system som ska producera syrgas från koldioxid på mars.
Microsoft var även närvarande på konferensen och höll ett föredrag där de berättade om intresset för att använda SOFC teknologi i deras datacentraler vilka kräver ca 100-200 MW elektricitet. Enligt dom är den stora fördelen med just SOFC, till skillnad från PEM, att dom inte är beroende utav H2 som bränsle. De nämnde företaget SOLIDpower som leverantör och att de hittills är väldigt nöjda med resultaten.
Referenser
[1] Convion
[2] FuelCell Energy
[3] Desta Project
[4] Nissan testar SOFC
[5] Nissan testar (pdf)