Vähäpäästöistä sähköä ja lämpöä aiempaa kestävämmillä polttokennoilla

3.6.2015

Energiantuotannon haasteena on tuottaa entistä tehokkaammin ja puhtaammin sähköä ja lämpöä. Kiinteäoksidipolttokennojärjestelmässä (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) energiaa tehdään polttoaineesta ja ilmasta. Merkittävin etu verrattuna muihin polttokennoteknologioihin on mahdollisuus hyödyntää perinteisiä polttoaineita, kuten maakaasua, dieseliä ja biokaasua, vedyn sijaan. Syötetty polttoaine ja ilmassa oleva happi reagoivat polttokennossa suoraan sähkökemiallisesti synnyttäen sähköä ja lämpöä.

 

Kaupallisia polttokennosovelluksia on maailman markkinoilla vielä niukasti, koska toiminnan kannalta kriittisin osa - kennosto, ja sen hyvä suorituskyky, materiaalit, elinikä ja hinta ovat tähän mennessä olleet teknologian läpimurron hidasteina.

Markus Rautanen tutki väitöstyössään SOFC-polttokennon ydinosaa eli kennostoa. Työssä kehitettiin mm. hybriditiiviste, jonka etuina ovat pienemmät vuodot. Pienemmät vuodot kennostosta mahdollistavat korkeamman sähköntuotannon hyötysuhteen ja pidemmän eliniän.

 

Työssä havaittiin, että SOFC-kennojen pinta-alan kasvu tuottaa haasteita kennoston mekaaniselle rakenteelle, koska kennoston puristamiseksi tarvitaan suurempi voima.  Väitöksessä kehitetyllä hybriditiivisteellä saavutetaan matala vuototaso pienilläkin alle 1 MPa:in puristuspaineilla. Hybriditiiviste koostuu kokoonpuristuvasta substraatista, joka pinnoitettiin lasiseoksella. Lämmitettäessä ohut lasikerros sulaa ja mukautuu hyvin tiivistettäviin pintoihin vähentäen niiden kautta kulkevia kaasuvuotoja. Pinnoitetun tiivisteen vuototasot ovat näin ollen merkittävästi alhaisemmat kuin pinnoittamattomaan tiivisteeseen.

 

Väitöksen tuloksia voi soveltaa polttokenno ja polttokennostoissa omakotikokoluokasta voimalaitoksiin globaalisti. Hybriditiivistettä voidaan käyttää muissakin sovelluksissa, jossa toiminta-lämpötila on vastaava (~650 - 800 °C).

 

Tällä hetkellä alan näkyvin yritys on Yhdysvalloissa sijaitseva Bloom Energy, jolla on 100 kW polttokennovoimala, asiakkainaan muun muassa Google ja Walmart. Suomessa polttokennoja on käytössä sähkön- ja lämmöntuotannossa lähinnä demoissa ja prototyypeissä. Keski-Euroopassa esimerkiksi Saksassa maakaasu on laajasti käytössä pientaloissa, mikä mahdollistaa polttokennon hyödyntämisen hajautetussa energiatuotannossa, koska polttoaine on helposti saatavilla.

 

Väitös 8.6. Espoossa

 

Diplomi-insinööri Markus Rautasen väitös "Kiinteäoksidipolttokennostojen tiivisteiden, sähköisten kontaktien ja korroosiosuojauksen kehittäminen/ Improving sealing, electrical contacts, and corrosion resistance in solid oxide fuel cell stacks" tarkastetaan maanantaina 8.6.2015 klo 12.00, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulussa, teknillisen fysiikan laitos, sali K216, osoitteessa Otakaari 4, Espoo.

Väitöskirja sähköisesti: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2015/S97.pdf

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00