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.

 

 

Impulssihttps://www.vtt.fi/ImpulssiImpulssi
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
Vanha ydintutkimusreaktori poistetaan käytöstä – uusi ydinturvallisuustalo rakenteillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/FiR-1-tutkimusreaktori-poistetaan-kaytosta.aspxVanha ydintutkimusreaktori poistetaan käytöstä – uusi ydinturvallisuustalo rakenteilla
Yrittäjien velvollisuus on etsiä kasvuahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Yrittajien-velvollisuus-on-etsia-kasvua.aspxYrittäjien velvollisuus on etsiä kasvua
Bisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Sauli-Tormala-Kasvua-kansainvalisilta-kentilta.aspxBisnesenkeli Sauli Törmälä: Kasvua kansainvälisiltä kentiltä
Ikäteknologia arjen apuna ja turvanahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ikäteknologia-arjen-apuna-ja-turvana.aspxIkäteknologia arjen apuna ja turvana
Laivateollisuuden digitalisoituminen edellyttää huippututkimustahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Laivateollisuuden-digitalisoituminen-edellyttää-huippututkimusta.aspxLaivateollisuuden digitalisoituminen edellyttää huippututkimusta
Kovaakin kovempi vientituotehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kovaakin-kovempi-vientituote.aspxKovaakin kovempi vientituote
Maailma kuluttajien silminhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailma-kuluttajien-silmin.aspxMaailma kuluttajien silmin
Röntgenkuvantaminen uudelle tasollehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Rontgen-kuvantaminen-uudelle-tasolle.aspxRöntgenkuvantaminen uudelle tasolle
Puolustusvoimat hakee etumatkaahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puolustusvoimat-hakee-etumatkaa.aspxPuolustusvoimat hakee etumatkaa
Elintarvikkeet muutoksessahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Elintarvikkeet-muutoksessa.aspxElintarvikkeet muutoksessa
Pekka Soinin Business Finland on yritysten ”kansainvälistymiskanava”https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Pekka-Soinin-Business-Finland-on-yritysten-kansainvalistymiskanava.aspxPekka Soinin Business Finland on yritysten ”kansainvälistymiskanava”
Brasilia viitoittaa bioenergian tietähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Brasilia-viitoittaa-bioenergian-tieta.aspxBrasilia viitoittaa bioenergian tietä
Impulssi 1/2016https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2016.aspxImpulssi 1/2016
Mallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Mallinnuksen-ja-simuloinnin-hyodyntaminen-uusissa-voimalaitoskonsepteissa.aspxMallinnuksen ja simuloinnin hyödyntäminen uusissa voimalaitoskonsepteissa
Kitka ja kasvihuonepäästöt kuriin materiaalien digitoinnillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kitka-ja-kasvihuonepaastot-kuriin-materiaalien-digitoinnilla.aspxKitka ja kasvihuonepäästöt kuriin materiaalien digitoinnilla
Salofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Salofa-tuo-pikatestit-terveyden-ja-ympariston-seurantaan.aspxSalofa tuo pikatestit terveyden ja ympäristön seurantaan
VTT:n spinno GrainSense tuo laboratorion maanviljelijän kouraanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/VTTn_spinno_GrainSense_tuo_laboratorion-maanviljelijan-kouraan.aspxVTT:n spinno GrainSense tuo laboratorion maanviljelijän kouraan
LEO tuo älyä sylintereihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/LEO-tuo-alya-sylintereihin.aspxLEO tuo älyä sylintereihin
Enemmän kuin pelkkää piitähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Enemman-kuin-pelkkaa-piita.aspxEnemmän kuin pelkkää piitä
Terveyttä ja tehokkuutta ruuan laadusta tinkimättähttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Terveytta-ja-tehokkuutta-ruuan-laadusta-tinkimatta.aspxTerveyttä ja tehokkuutta ruuan laadusta tinkimättä
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
Kyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamistahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kyberturvallisuus-vaatii-muutakin-kuin-teknologiaosaamista.aspxKyberturvallisuus vaatii muutakin kuin teknologiaosaamista
Älyliikenteestä suomalaisia vientivalttejahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Alyliikenteesta-suomalaisia-vientivaltteja.aspxÄlyliikenteestä suomalaisia vientivaltteja
Impulssi 1/2015https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2015.aspxImpulssi 1/2015
Turbiinisiivillä miljoonien säästöihinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Turbiinisiivet-saastavat-miljoonia.aspxTurbiinisiivillä miljoonien säästöihin
Suomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Suomalaispyörät-pyörivät-myös-tulevaisuudessa.aspxSuomalaispyörät pyörivät myös tulevaisuudessa
Panimolaboratorio – Paremman oluen puolestahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Panimolaboratorio-paremman-oluen-puolesta.aspxPanimolaboratorio – Paremman oluen puolesta
Uutta virtaa elektroniikkateollisuuteenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Uutta-virtaa-elektroniikkateollisuuteen.aspxUutta virtaa elektroniikkateollisuuteen
For Industry veturina Suomen valmistavalle teollisuudellehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/For-Industry-veturina-Suomen-valmistavalle-teollisuudelle.aspxFor Industry veturina Suomen valmistavalle teollisuudelle
Teollinen 3D-tulostus nousukiidossahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Teollinen-3D-tulostus-nousukiidossa.aspxTeollinen 3D-tulostus nousukiidossa
Kaura on kysyttyä tavaraa maailmallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kaura-on-kysyttya-tavaraa-maailmalla.aspxKaura on kysyttyä tavaraa maailmalla
Kvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmällehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kvanttinormaaleita-uudistuvalle-SI-jarjestelmalle.aspxKvanttinormaaleita uudistuvalle SI-järjestelmälle
Tulevaisuuden arkkitehdit asiallahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Tulevaisuuden-arkkitehdit-asialla.aspxTulevaisuuden arkkitehdit asialla
Puukuitu haastaa muovin kauppakasseissahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Puukuitu-haastaa-muovin-kauppakasseissa.aspxPuukuitu haastaa muovin kauppakasseissa
Kolmiulotteinen virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus – Kohti uusia maailmojahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kolmiulotteinen-virtuaalitodellisuus-ja-lisätty-todellisuus-Kohti-uusia-maailmoja.aspxKolmiulotteinen virtuaalitodellisuus ja lisätty todellisuus – Kohti uusia maailmoja
IPR edellä ulkomaillehttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/IPR-edella-ulkomaille.aspxIPR edellä ulkomaille
Digitalisaatio tasoittaa erojahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Digitalisaatio-tasoittaa-eroja.aspxDigitalisaatio tasoittaa eroja
Energiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdillahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Energiavarastojen-kysynta-kasvaa-vauhdilla.aspxEnergiavarastojen kysyntä kasvaa vauhdilla
Kasvua ja uusia mahdollisuuksia piifotoniikassahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Kasvua-ja-uusia-mahdollisuuksia-piifotoniikassa.aspxKasvua ja uusia mahdollisuuksia piifotoniikassa
Oma osaaminen yhteiseksi hyväksihttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Oma-osaaminen-yhteiseksi-hyvaksi.aspxOma osaaminen yhteiseksi hyväksi
Maailmalla ei ole parempaa innovaatiomalliahttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Maailmalla-ei-ole-parempaa-innovaatiomallia.aspxMaailmalla ei ole parempaa innovaatiomallia
Impulssi 2/2016https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-2-2016.aspxImpulssi 2/2016
Asuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiinhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Asuinmukavuus-ja-energiatehokkuus-mahtuvat-samaan-kotiin.aspxAsuinmukavuus ja energiatehokkuus mahtuvat samaan kotiin
Ilman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaanhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Ilman-hiilidioksidista-raaka-aine-polttoaineisiin-kemikaaleihin-ja-ruokaan.aspxIlman hiilidioksidista raaka-aine polttoaineisiin, kemikaaleihin ja ruokaan
Asiakasasenteen airuethttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Asiakasasenteen-airuet.aspxAsiakasasenteen airuet
Infinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteenhttps://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Infinited-Fiber-tuo-muutoksen-tekstiiliteollisuuteen.aspxInfinited Fiber tuo muutoksen tekstiiliteollisuuteen
Impulssi 1/2017https://www.vtt.fi/Impulssi/Pages/Impulssi-1-2017.aspxImpulssi 1/2017