Vety ja polttokennot Jarmo Viitala

 Hankkeen tavoitteena on tunnistaa ja käynnistää vetykäyttöisiin PEM- polttokennojärjestelmiin liittyviä liiketoimintoja 2

 Hanke toimii yhteistyössä VTT:n DuraDemo- projektin kanssa  Tarkoituksena on hyödyntää teollisuudessa sivutuotantona syntyvää vetyä energiantuotannossa ja vähentää samalla kasvihuonepäästöjä sekä uusiutumattomien energiavarojen käyttöä  Vuosi sitten VTT aloitti kiinteän 50kW:n PEM- polttokennolaitoksen rakentamisen. Järjestelmä asennetaan Syyskuussa 2013 Äetsään Kemiran tehdasalueelle  Laitoksessa hyödynnetään Kemiran sivutuotevetyä 3

Vety on energian kantaja, kuten sähkökin, ja vaatii ensisijaisen energialähteen jonka avulla vetyä tuotetaan. Tällä hetkellä vetyä tuotetaan lähinnä fossiilisista polttoaineista, mutta vetyä voidaan tuottaa myös sähköenergian avulla elektrolyysissä jakamalla vesi vedyksi ja hapeksi. Vetyä syntyy myös teollisuuden prosesseissa sivutuotteena. 4

5

Metanoli Polttokennon polttoaineena Energiaa n. 710kWhEnergiaa n. 1670kWh Massa >2000kg, vetyä n. 18kgmassa n. 300kg 6

Sähköä voidaan tuottaa vedystä hyvällä hyötysuhteella polttokennoissa (fuel cell) ja ottamalla talteen myös prosessissa syntyvä lämpö päästään n. 90 % hyötysuhteeseen. Polttokenno ei nimestään huolimatta polta vetyä, vaan kennossa tapahtuu kemiallinen reaktio jonka lopputuloksena ei synny haitallisia päästöjä. Kennoon ohjataan tietyssä suhteessa vetyä ja happea ja tämä reaktion ansiosta saadaan kennosta sähköä ja lämpöä sekä puhdasta vettä. 7

8

Video kuvaa metanolikäyttöisen varavoiman toimintaa akkuvarmennetussa järjestelmässä. Kun akkujännite alenee tietylle tasolle, niin polttokenno käynnistyy ja tuottaa kuorman tarvitseman tehon. Polttokennoa ei tässä käytetä akkujen lataamiseen vaan ainoastaan kuorman tarvitseman tehon tuottamiseen. Akusto ladataan täyteen sitten kun verkkosähköä on taas saatavilla. =kBu_C0SPvW4 Järjestelmä toimii verkkohäiriössä katkottomasti eli kuorma ei huomaa mitään muutosta sähkönsyötössä. Tässä esitellään DC- järjestelmiä, mutta myös 400/230V tai 230V järjestelmiä on saatavissa. 9

Seuraavissa kuvissa on Porilaisen T Controlin koteloima polttokennojärjestelmä joka toimitettiin viime syksynä Vuosaaren satamaan varmistamaan TeliaSoneran linkkimaston sähkönsyöttöä. Kotelointi on tehty kestämään kovia ilmasto-olosuhteita. Toimintalämpötila-alue on -40C - +45C. Laitteen teho on 5kW ja lähtöjännite on 48VDC. Järjestelmässä ei ole ollenkaan akkuja vaan DC-puolella on superkondensaattorit jotka toimivat puskurina kuorman ja polttokennon välillä. Vetypullojen tilavuus on mitoitettu kahdeksan tunnin varakäyntiajalle nimelliskuormalla. Pullon tyhjentyessä otetaan automaattisesti seuraava täysi pullo käyttöön. Vaihtamalla tyhjät pullot täysinäisiin voidaan varakäyntiaikaa lisätä rajattomasti. Varsinainen polttokenno ja tarvittava elektroniikka voidaan myös sijoittaa laitetilaan 19” räkkiin tai muuhun telineeseen ja tarvittava määrä vetypulloja seinän ulkopuolelle erilliseen tuulettuvaan kaappiin. 10

Finland’s First Fuel Cell Backup Power Unit for Civilian Use Installed at Vuosaari Harbour T Control Oy has installed a fuel cell backup power unit at the TeliaSonera base station in the Vuosaari harbour area. There is no time lag associated with the use of the power unit and its service interval can be up to five years. Uutinen Fuel Cell Today –sivuilla

12

13

Erityisen hyvin vetykäyttöinen polttokenno soveltuu ajoneuvoihin, erityisesti kaupunkiliikenteessä, jossa perinteisillä polttoaineilla toimivat moottorit aiheuttavat huomattavia päästöjä sekä melua. Keski-Euroopan kaupunkiliikenteessä onkin käytössä linja-autoja joissa perinteisen dieselmoottorin tilalla on vetyä käyttävä polttokenno tuottamassa tarvittavan sähköenergian auton liikuttamiseen käytettäville sähkömoottoreille. Vetytankkausasemia on jo suuremmissa kaupungeissa ja esimerkiksi Saksassa tavoitteena on saada 50 jakeluasemaa vuoteen 2015 mennessä jolloin suurimmat autonvalmistajat tuovat vetykäyttöiset mallinsa markkinoille. 14

15

16

17

18

Polttoaineen säästö 20%, CO2 vähennys n. 3000t/v, Typen oksidien vähennys n. 50t/v, Järjestelmän kustannus n.4% Takaisinmaksuaika 15v 19

20

21