Uutta tietoa huipputeknologiasta ja sen hyödyntämisestä, tietoa tulevaisuuden ratkaisuista ja palveluista päätöksenteon tueksi ja liiketoiminnan kehittämiseen. Kohdistettu VTT:n kumppaneille, asiakkaille sekä huipputeknologiasta ja sen sovelluksista kiinnostuneille.
Julkaisu tieteestä, teknologiasta ja liiketoiminnasta

Convion C50 moduleista voidaan rakentaa voimaloita, joiden sähköntuotantoteho on 50 kW tai enemmän.

Suomalainen polttokennotekniikka pyrkii maailmalle

Teksti: Timo Hämäläinen | Kuvat: Convion ja VTT | 21.5.2018

Convion Oy ja VTT avaavat vientimarkkinoita polttokennojärjestelmille, joilla tuotetaan sähköä ja lämpöä biokaasusta. Convion hakee parhaillaan rahoitusta kansainvälistymistä varten.

​Convion on toimittanut yhteistyössä VTT:n kanssa polttokennojärjestelmän Italian Torinoon. Ensimmäinen kolmesta polttokennoyksiköstä otettiin käyttöön lokakuussa. Toista yksikköä ollaan rakentamassa, ja kolmas vaihe on suunnitteilla.

Convionin toimitusjohtajan Erkko Fontellin mukaan käyttökokemukset ensimmäiseltä tuhannelta tunnilta ovat erittäin hyvät.

– Olemme saavuttaneet tavoitteeksi asetetun 53 prosentin hyötysuhteen sähköntuotannolle. Päästöjä ei käytännössä synny lainkaan ja polttokennolaitos toimii ilman häiriöitä, Fontell kertoo.

Vaikka voimala on toiminut moitteettomasti, jätevedenpuhdistamon puolella on jouduttu tekemään korjauksia järjestelmään, joka syöttää biokaasua polttokennolle. Ongelmat on Fontellin mukaan kuitenkin saatu ratkaistua.

Voimala tuottaa sähköä jätevedenpuhdistamolla syntyvästä biokaasusta, joka muuten jäisi hyödyntämättä. Biokaasulla tuotetaan myös lämpöä. Polttokennojärjestelmää voidaan etäohjata Suomesta käsin.omakuva.jpg

– Tekniikka soveltuu hyvin massavalmistukseen. Halvat raaka-aineet ja mahdollisuus käyttää eri polttoaineita tekevät siitä erittäin kilpailukykyisen ja tulevaisuuden teknologian kiinteissä lämmön- ja sähköntuotantolaitoksissa, Fontell sanoo.

– Jätevedenpuhdistamo voidaan polttokennojärjestelmän avulla parhaimmillaan saada täysin energiaomavaraiseksi. Italiaan nyt toimitettava järjestelmä kattaa noin 30 prosenttia puhdistamon sähkön tarpeesta ja sata prosenttia lämmöntarpeesta, toteaa erikoistutkija Markus Rautanen VTT:ltä.

 

 

 

Markus Rautanen

Valmis tuote

Vuonna 2013 Wärtsilästä irrotettu Convion jatkaa polttokennoteknologian kehitystyötä, jonka Wärtsilä ja VTT aloittivat vuosituhannen alkupuolella. Italiaan tehtävä toimitus – niin kutsuttu DEMOSOFC-projekti – on merkittävä askel tuotteen kaupallistamisessa.

Viisivuotinen DEMOSOFC-projekti (2015–2020) sai EU Horizon 2020 -ohjelmasta rahoitusta 4,2 miljoonaa euroa. Hankkeen budjetti on 5,9 miljoonaa euroa.

– Meillä on valmis tuote, teknologian toimivuus on varmennettu ja ensimmäiset kaupat tehty. Tarkoituksena on nyt laajentaa toimintaa ja mennä hallitusti kansainvälisille markkinoille, Fontell toteaa.

Kansainvälistymistä varten Convion hakee toista rahoittajaa nykyisen päärahoittajan, pääomasijoitusyhtiö VNT:n hallinnoiman rahaston rinnalle. VNT omistaa Convionista suurimman osan, Wärtsilä alle kaksikymmentä prosenttia ja henkilöstö osan.

Kansainvälistymisessä auttaa pitkäaikainen tutkimus- ja kehitystyö, jonka aikana VTT ja Convion ovat verkostoituneet varsinkin eurooppalaisten alan tutkimuslaitosten ja muiden toimijoiden kanssa. Italian projektiinkin osallistuu monikansallinen konsortio. DEMOSOFC-projektin lisäksi polttokennojärjestelmiä ja -kennostoja kehitetään muun muassa VTT:n koordinoimissa eurooppalaisissa INNO-SOFC- ja qSOFC -projekteissa.

Convion on avannut markkinoita myös kotimaassa. Yhtiö toimittaa Lempäälän Energialle polttokennolaitoksen, joka tuottaa perusvoiman teollisuusalueen yrityksille. LEMENE-hanke on yksi työ- ja elinkeinoministeriön energiateknologian kärkihankkeista.

Hankkeessa rakennetaan omavarainen älykäs verkko, joka varmistaa alueen yritysten sähkön saannin. Energiantuotannossa käytetään hyväksi aurinkoenergiaa, energiavarastoja, kaasumoottoreita sekä polttokennoja. Verkon on määrä valmistua vuonna 2019.

Ylivertainen hyötysuhde

Italiaan toimitettu polttokennolaitos on kokoluokassaan ja teknologialtaan ensimmäinen laatuaan Euroopassa. Kiinteäoksidipolttokennojärjestelmän merkittävin etu verrattuna kilpaileviin polttokennoteknologioihin on se, että polttoaineena voidaan käyttää puhtaan vedyn sijasta perinteisiä polttoaineita, kuten maakaasua ja biokaasua.

E_Fontell.jpg

Kiinteäoksidipolttokennovoimala on hyötysuhteeltaan ylivertainen verrattuna muilla tekniikoilla toteutettuihin laitoksiin. Se tuottaa samasta biokaasumäärästä kaksinkertaisen määrän sähköä verrattuna mikroturbiiniin ja yli puolitoistakertaisen määrän verrattuna kaasumoottoriin.

Pitkän yhteisen kehitystyön ansiosta suomalaisille on Fontellin ja Rautasen mukaan kertynyt osaamista, jota muualta ei löydy. VTT:n ja Convionin lisäksi hankkeisiin on osallistunut polttokennojen kehittämiseen keskittynyt Elcogen Oy.

Kiinteäoksidipolttokenno on lopulta vain järjestelmän ydin. Sen ympärille rakennetaan Convionin tuote, joka sisältää integroituja järjestelmiä ja mittaus-, säätö-, ohjaus- ja tehoelektroniikkaa.

 

Erkko Fontell 

 

 

20171212_095858.jpg 

VTT mittasi vedenpuhdistamolle asennetun polttokennovoimalan päästöt Italiassa.

Lupaavat markkinat

Polttokennojen maailmanmarkkinat ovat nyt arviolta kolmen miljardin euron suuruiset. Vajaa puolet arvosta kertyy kiinteiden sähkön- ja lämmöntuotantosovellusten toimituksista.

Polttokennoja käytetään myös varsinkin autoissa ja muissa ajoneuvoissa, varavoimasovelluksissa ja kannettavissa laitteissa. Kokonaismarkkinoiden ennustetaan kasvavan vuoteen 2024 mennessä 14 miljardiin euroon.

Kiinteäoksidipolttokenno soveltuu erityisen hyvin sähkön- ja lämmöntuotantoon, kun polttoaineeksi on tarjolla bio- tai maakaasua. Biokaasua tuotetaan esimerkiksi jätevedenpuhdistamoilla ja biomassaa mädättävissä laitoksissa. Pelkästään Euroopassa tällaisia puhdistamoita ja eri kokoluokan mädättämöitä on kymmeniä tuhansia.

Myös Aasia tarjoaa lupaavan markkinaalueen, koska kiinteistöjen sähkön- ja lämmöntuotantoon käytetään yleisesti maakaasua. Polttokennovoimalan avulla voidaan varmistaa häiriötön energiansaanti kohteissa, joissa se on erityisen tärkeää. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi hotellit, kylmävarastot ja sairaalat.

– Polttokennovoimat ovat hiljaisia ja päästöttömiä, joten ne voidaan sijoittaa kiinteistöihin keskelle kaupunkirakennetta.

Markus Rautasen mukaan polttokennoteknologia on erittäin lupaava tuotantotapa murroksessa, jossa energiantuotannossa siirrytään keskitetystä hajautettuihin järjestelmiin ja käytetään hyväksi aurinko- ja tuulienergiaa, energiavarastoja ja paikallista tehontuotantoa.

Erkko Fontell uskoo, että polttokennoteknologian soveltamisessa tullaan kokemaan vielä samankaltainen buumi kuin on nähty aurinkoenergian käytön lisääntymisessä.

 

Sähköntuotantoa tehokkaasti ja pienillä päästöillä

Polttokennolla voidaan tuottaa sähköä tehokkaasti ja pienillä päästöillä. Yksi merkittävä polttokennoteknologian etu ja ero kilpaileviin teknologioihin verrattuna on, että se pystyy tyypillisesti toimimaan lähes maksimihyötysuhteella myös osakuormalla. Tämä mahdollistaa vaihtelevan tuotannon tasapainottamisen. Teksti: Nina Garlo-Melkas

Polttokennoja käytetään jo nykyisin muun muassa ajoneuvojen teholähteinä sekä kotien ja suurten kiinteistöjen perusvoimantuotannossa. Teknologian etuina ovat luotettavuus ja korkea sähköntuotannon hyötysuhde.

Polttokennot liittyvät kiinteästi vedyn tuotantoon elektrolyysillä. Siksi vedyn tuotantotavat ja vedyn laatu ovat tärkeitä tutkimusaiheita myös VTT:llä.

Energialähteenä SOFC?

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.

Erityisesti pienissä, alle megawatin tehoisissa laitoksissa polttokennon etu kilpaileviin teknologioihin korostuu. Convionin polttokennovoimala toimii yli 53 prosentin sähköhyötysuhteella, minkä ansiosta se tuottaa jopa kaksi kertaa niin paljon sähköenergiaa kuin perinteisellä tekniikalla toteutetut voimalat.

 

 

VTT Impulssihttps://www.vtt.fi/ImpulssiVTT Impulssi
Tekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tekoaly-paljastaa-sydanpotilaan-komplikaatioriskin.aspxTekoäly paljastaa sydänpotilaan komplikaatioriskin
Impulssi 1/2018https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2018.aspxImpulssi 1/2018
Jari Gustafsson: Vanhoja ja uusia työjuhtia taantuman voittamiseksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Jari-Gustafsson-Vanhoja-ja-uusia-taantuman-voittamiseksi.aspxJari Gustafsson: Vanhoja ja uusia työjuhtia taantuman voittamiseksi
Impulssi 1/2015https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2015.aspxImpulssi 1/2015
Elinkeinoministeri Olli Rehn: uudistumisen kautta nousuunhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Elinkeinoministeri-Olli-Rehn-uudistumisen-kautta-nousuun.aspxElinkeinoministeri Olli Rehn: uudistumisen kautta nousuun
Intohimo siivittää tutkimustahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/intohimo-siivittaa-tutkimusta.aspxIntohimo siivittää tutkimusta
Sopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sopiiko-elinkaariarviointi-poliittisen-päätöksenteon-tueksi.aspxSopiiko elinkaariarviointi poliittisen päätöksenteon tueksi?
Huoltoapua astronauteillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Huoltoapua-astronauteille.aspxHuoltoapua astronauteille
Voiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voiko-alykkaiden-kaupunkien-suorituskykya-mitata.aspxVoiko älykkäiden kaupunkien suorituskykyä mitata?
Energiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiavarastojen-kysynta-kasvaa-vauhdilla.aspxEnergiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdilla
IPR edellä ulkomaillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/IPR-edella-ulkomaille.aspxIPR edellä ulkomaille
Tuottoa sijoituksillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoa-sijoituksille.aspxTuottoa sijoituksille
Mitä kuuluu Australiaan?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mita-kuuluu-Australiaan.aspxMitä kuuluu Australiaan?
Tua Huomo: Energiantuotanto ja -käyttö – fiksut valinnat vaikuttavathttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiantuotanto-ja-kaytto–fiksut-valinnat-vaikuttavat.aspxTua Huomo: Energiantuotanto ja -käyttö – fiksut valinnat vaikuttavat
Impulssi 2/2016https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2016.aspxImpulssi 2/2016
Panimolaboratorio – Paremman oluen puolestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Panimolaboratorio-paremman-oluen-puolesta.aspxPanimolaboratorio – Paremman oluen puolesta
Mallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mallinnuksen-ja-simuloinnin-hyodyntaminen-uusissa-voimalaitoskonsepteissa.aspxMallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissa
Matti Apunen: Ongelma nimeltä huippuosaajahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Matti-Apunen-Ongelma-nimelta-huippuosaaja.aspxMatti Apunen: Ongelma nimeltä huippuosaaja
Kasvua ja uusia mahdollisuuksia piifotoniikassahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kasvua-ja-uusia-mahdollisuuksia-piifotoniikassa.aspxKasvua ja uusia mahdollisuuksia piifotoniikassa
Onko tulevaisuudessa jätevettä?https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Onko-tulevaisuudessa-jatevetta.aspxOnko tulevaisuudessa jätevettä?
Energiaratkaisut ja 2050-tavoitteethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiaratkaisut-ja-2050-tavoitteet.aspxEnergiaratkaisut ja 2050-tavoitteet
LEO tuo älyä sylintereihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/LEO-tuo-alya-sylintereihin.aspxLEO tuo älyä sylintereihin
Elintarvikkeet muutoksessahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Elintarvikkeet-muutoksessa.aspxElintarvikkeet muutoksessa
Automaatio antaa paketille siivethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatio-antaa-paketille-siivet.aspxAutomaatio antaa paketille siivet
Röntgenkuvantaminen uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Rontgen-kuvantaminen-uudelle-tasolle.aspxRöntgenkuvantaminen uudelle tasolle
Turbiinisiivillä miljoonien säästöihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Turbiinisiivet-saastavat-miljoonia.aspxTurbiinisiivillä miljoonien säästöihin
Ikäteknologia arjen apuna ja turvanahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ikäteknologia-arjen-apuna-ja-turvana.aspxIkäteknologia arjen apuna ja turvana
Asiakasasenteen airuethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Asiakasasenteen-airuet.aspxAsiakasasenteen airuet
Optinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Optinen-isotooppispektroskopia-kehittynyt-merkittavasti.aspxOptinen isotooppispektroskopia: Yhä tarkempia tietoja tutkimuskohteesta
Impulssi 2/2017https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2017.aspxImpulssi 2/2017
Oma osaaminen yhteiseksi hyväksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Oma-osaaminen-yhteiseksi-hyvaksi.aspxOma osaaminen yhteiseksi hyväksi
Kestävästi lankaa puukuidustahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kestavasti-lankaa-puukuidusta.aspxKestävästi lankaa puukuidusta
Solar Foods Oy: Räätälöityä ravintoa avaruustutkimuksen malliinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Solar-Foods-Oy-Raataloitya-ravintoa-avaruustutkimuksen-malliin.aspxSolar Foods Oy: Räätälöityä ravintoa avaruustutkimuksen malliin
Energiaministeri laajentaisi päästökauppaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiaministeri-laajentaisi-paastokauppaa.aspxEnergiaministeri laajentaisi päästökauppaa
Kaikki katseet uudistumiseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaikki-katseet-uudistumiseen.aspxKaikki katseet uudistumiseen
Brasilia viitoittaa bioenergian tietähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Brasilia-viitoittaa-bioenergian-tieta.aspxBrasilia viitoittaa bioenergian tietä
Idean jyvistä isoihin innovaatioihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Idean-jyvista-isoihin-innovaatioihin.aspxIdean jyvistä isoihin innovaatioihin
Voimaa potkurikehitykseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Voimaa-potkurikehitykseen.aspxVoimaa potkurikehitykseen
Yritysten ja tutkijoiden löydettävä toisensa uudella tavallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yritysten-ja-tutkijoiden-loydettava-toisensa-uudella-tavalla.aspxYritysten ja tutkijoiden löydettävä toisensa uudella tavalla
Pilottitehtaat jauhavat ideoista liiketoimintaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Pilottitehtaat-jauhavat-ideoista-liiketoimintaa.aspxPilottitehtaat jauhavat ideoista liiketoimintaa
Enemmän kuin pelkkää piitähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Enemman-kuin-pelkkaa-piita.aspxEnemmän kuin pelkkää piitä
Ketterä ja nopea Ponssehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kettera-ja-nopea-Ponsse.aspxKetterä ja nopea Ponsse
Kyberturvallisuuden puolesta monella rintamallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuuden-puolesta-monella-rintamalla.aspxKyberturvallisuuden puolesta monella rintamalla
Kaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttäväähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaivostoiminnasta-kestavaa-ja-hyvaksyttavaa.aspxKaivostoiminnasta kestävää ja hyväksyttävää
Automaatiolla älykkyyttä liikenteeseenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Automaatiolla-alykkyytta-liikenteeseen.aspxAutomaatiolla älykkyyttä liikenteeseen
Uudet synteettisen biologian teknologiat mullistavat mikrobien muokkauksenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uudet-synteettisen-biologian-teknologiat-mullistavat-mikrobien-muokkauksen.aspxUudet synteettisen biologian teknologiat mullistavat mikrobien muokkauksen
Uusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uusi-agenda-tehostaa-tutkimusinfran-käyttöä.aspxUusi agenda tehostaa tutkimusinfran käyttöä
Kyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamistahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuus-vaatii-muutakin-kuin-teknologiaosaamista.aspxKyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamista
Tuottoisaa käyttöä Suomen biomassoillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tuottoisaa-kayttoa-Suomen-biomassoille.aspxTuottoisaa käyttöä Suomen biomassoille