Internationella program för stationära bränsleceller. Elforsk rapport

Transkript

1 Internationella program för stationära bränsleceller Elforsk rapport Bengt Ridell, Grontmij AB December 2007

2 Internationella program för stationära bränsleceller Elforsk rapport Bengt Ridell, Grontmij AB December 2007

3

4 Förord Denna rapport är framtagen inom Teknikbevakningsprojektet inom bränslecellsområdet 2007 (Elforsk projektnummer 2502). Rapportens huvudsakliga slutsatser presenteras i slutrapporten för hela Teknikbevakningsprojektet (Elforsk-rapport 08:01). Projektet har finansierats till största delen av Energimyndigheten. EON Sverige och ABB Corporate Research har bidragit med egeninsatser. Stockholm januari 2008 Lars Wrangensten Programområde El- och värmeproduktion

5 Sammanfattning Det pågår sedan många år en betydande FoU verksamhet inom bränslecellområdet. De länder som visar störst intresse för bränsleceller är USA, Kanada, Japan och Tyskland. Europa ligger industriellt något efter Nordamerika och Japan men är i flera fall ledande inom grundforskning. Tillverkning av bränsleceller görs i första hand i Nordamerika och Japan med några få undantag. Det finns flera olika drivkrafter för att utveckla bränslecellsteknik. Det är oftast att bygga upp en bärkraftig industri för export, ta fram en energiteknik som kan förstärka den inhemska energiförsörjningen och i vissa fall för att få fram effektiva militära produkter samt möjligheten att kunna använda inhemska förnybara bränslen. De flesta industriländerna är idag beroende av importerade fossila bränslen för att klara sin energiförsörjning. Det gäller speciellt inom transportområdet. En del länder exempelvis Japan och Korea måste importera i princip all sin råenergi för såväl elproduktion som transportbränsle. Det finns ett starkt växande internationellt behov av att kunna producera el med lokalt producerade bränslen med en hög verkningsgrad och minimal miljöpåverkan. Miljöfaktorerna är viktiga främst att minska emissionerna som påverkar den lokala miljön samt att minska CO 2 emissionerna för att kunna uppfylla förpliktelserna i Kyoto-överenskommelsen och kommande restriktioner för utsläpp av växthusgaser. Bränsleceller bedöms ha en potential för att kunna användas för sådana tillämpningar. I dagsläget är dock tekniken inte kommersiellt tillgänglig. Det krävs stora forsknings- och utvecklingsinsatser med offentlig finansiering för att detta skall kunna bli möjligt. Eftersom de kommersiella drivkrafterna i det korta perspektivet är svaga måste regeringar och andra publika organisationer ta initiativ med att starta och finansiera forskningsprogram för bränsleceller. Detta görs nu i en accelererande takt i till exempel Nordamerika, Japan, Tyskland och även inom EU och våra nordiska grannländer. Olika samarbetsorganisationer mellan departement, finansiärer, forskningsvärlden och industrin har startats på många ställen. USA: SECA, The Solid State Energy Conversion Alliance Tyskland: Strategierats Wasserstoff Brennstoffzellen Kanada: Hydrogen and Fuel Cells Canada Danmark: Brint og brændselsceller i Danmark Partnerskabet Japan: Fuel Cell Commercialization Conference, FCCJ En stor principiell skillnad mellan USA och Japan gentemot EU är att i USA och Japan finns klara mål definierade. Utvecklingsstödet ges till dem som vill vara med att uppnå dessa mål. I Europa finns ännu inte denna typ av mål utan ansökningar görs öppet inom respektive område. I Europa gynnas därmed forskningsvärlden medan industrin har svårare att få medel för utveckling av produkter. EUs nya initiativ med JTI, Joint Technology Initiative kan komma

6 att ändra på detta förhållande eftersom de deltagande industrierna kommer att ha stort inflytande över hur medlen för FoU skall fördelas. Storleken på subventionerna för utveckling av bränsleceller och vätgasområdet varierar kraftigt. En uppskattning för år 2008 omräknad i USD USA 350 MUSD Japan 310 MUSD Tyskland 170 MUSD (135 MEUR) EU 100 MUSD ( 67 MEUR) Danmark 7,5 MEUR (55 MDKK) Finland 8,5 MEUR Det finns många andra länder som som också har långsiktiga program för bränslecellsforskning bland dessa kan speciellt nämnas Korea, Norge, Indien, Taiwan, Kina och Island. För Sveriges finns inget centralt direkt centralt program men energimyndighetens teknikbevakning och Mistra programmet samt en del enskilda projekt ger tillsammans ett statligt stöd i storleksordningen 8 MSEK per år (0,8 MEUR). Det är inte helt lätt att ge exakt siffra eftersom verksamheten inte är samlad utan bränsleceller kan ingå som en del i andra program.

7

8 Innehåll 1 Inledning 1 2 Exempel på olika nationella och internationella forskningsprogram för bränsleceller EU USA Hydrogen Fuel Initiative SECA Programmet Core Technology Programme Fel! Bokmärket är inte definierat FutureGen och bränsleceller SECA Coal Based systems Core technology Program Tyskland Federala forskningsprogram i Tyskland Strategy Council Fuel Cells Germany Program i tyska delstater Övrigt Tyskland Japan Danmark Strategi och samarbetsorganisation Brint og brændselsceller i Danmark Partnerskabet Fördelning av ForskEl programmet i Danmark under Finland Kanada Storbritannien Referenser 26

9 1 Inledning Många industriländer har ett stort beroende av importerade fossila bränslen för att klara sin energiförsörjning. Det gäller speciellt inom transportområdet. En del industriländer exempelvis Japan och Korea måste importera i princip all sin råenergi för såväl elproduktion som transportbränsle. Det finns ett starkt växande internationellt behov av att kunna producera el med lokalt producerade bränslen till en hög verkningsgrad och minimal miljöpåverkan. Bränsleceller bedöms ha en potential för att kunna användas för sådana tillämpningar. Bränsleceller är fortfarande långt ifrån kommersiellt tillgängliga på marknaden. De anses dock kunna vara mycket viktiga för att i framtiden ersätta dagens teknik för motorer och mindre och medelstora energianläggningar från enstaka kwe upptill några MWe. Bränslecellernas egenskaper att kunna använda olika typer av bränslen, hög verkningsgrad och låga emissioner gör att de kan nå en stor marknad vid ett kommersiellt genombrott. I dagsläget är dock tekniken inte kommersiellt tillgänglig. Det krävs stora forsknings- och utvecklingsinsatser med offentlig finansiering för att detta skall kunna bli möjligt. Det pågår sedan många år en betydande FoU verksamhet inom bränslecellsområdet. De länder som visar störst intresse för bränsleceller är USA, Kanada, Japan och Tyskland. Europa ligger industriellt något efter Nordamerika och Japan men är i flera fall ledande inom grundforskning. Tillverkning av bränsleceller görs i första hand i Nordamerika och Japan med några få undantag. Utvecklingen av stationära bränsleceller pågår i många länder med i flera fall olika drivkrafter. Det är oftast att bygga upp en bärkraftig industri för export, ta fram en energiteknik som kan förstärka den inhemska energiförsörjningen och i vissa fall för att få fram effektiva militära produkter samt möjligheten att kunna använda inhemska förnybara bränslen. De ledande länderna inom utvecklingen av bränsleceller är USA, Japan och i Europa Tyskland men det finns flera andra länder som som också har långsiktiga program för bränslecellsforskning bland dessa kan speciellt nämnas Kanada, Korea, Norge, Indien, Taiwan, Kina och Island. Storleken på subventionerna för utveckling av bränsleceller och vätgasområdet varierar kraftigt. En uppskattning för år 2008 omräknad i USD USA 350 MUSD Japan 310 MUSD Tyskland 170 MUSD (135 MEUR) EU 100 MUSD ( 67 MEUR) Danmark 7,5 MEUR (55 MDKK) Finland 8,5 MEUR 1

10 För Sveriges finns inget centralt direkt centralt program men Energimyndighetens teknikbevakning och Mistra programmet samt en del enskilda projekt ger tillsammans ett statligt stöd i storleksordningen 8 MSEK per år (0,8 MEUR). Det är inte helt lätt att ge exakt siffra eftersom verksamheten inte är samlad utan bränsleceller kan ingå som en del i andra program. 2

11 2 Exempel på olika nationella och internationella forskningsprogram för bränsleceller 2.1 EU EUs bränslecellsprogram är nyligen beskrivet i en separat Elforsk rapport. En sammanfattning av den rapporten presenteras här. EU har finansierat FoU och demonstrationer av bränsleceller i Europa i 20 år. Nu har det tagits ett nytt initiativ främst motiverat av att bränslecellerna anses ha kommit närmre en marknadsintroduktion och konkurrenskraften för den europeiska industrin skall förbättras och säkras. Det är ett samarbete mellan industrin och EC, European Commission kallat JTI, Joint Technology Initiative. Industrin kommer att få ett betydligt större inflytande över val av projekt och deras utformning men de kommer därmed samtidigt att få ett större ansvar. Trycket från andra regioner främst USA och Japan är stort eftersom de sedan flera år har haft betydligt större direkt stöd till industrin än Europa för finansiering av forskning och utveckling av bränsleceller. År 2002 bildades High Level Group, HLG för vätgas och bränsleceller. HLGs uppgift var bland annat att ta fram en vision report som beskrev Europas möjligheter att använda vätgas som energibärare och bränsleceller (även oberoende av vätgas) i ett framtida Europa. HLG föreslog att en organisation med väsentligt fler medlemmar en Technology Platform, HFP, skulle bildas med större inflytande från industrin och med mer konkreta uppgifter. Fortfarande så blandas bränsleceller med vätgas som energibärare som om de är starkt beroende av varandra. Ett stort skäl till att vätgas och bränsleceller hålls samman är bilindustrins önskemål att få igång en infrastruktur med produktion och distribution av vätgas som fordonsbränsle. I Technology Platform bildades flera arbetsgrupper med experter inom de olika delområdena och även en så kallad Mirror Group där alla EUs medlemsländer är representerade och som kan följa och i viss mån påverka verksamheten. Efter flera steg så presenterades slutdokumentet Implementation Plan Status som publicerades i april Där beskrivs bland annat målen för arbetet inom FP7, det sjunde ramprogrammet och JTI. JTI, Fuel Cell and Hydrogen Joint Technology Initiative, är en samarbetsorganisation mellan EC och industrin. Enligt ett förslag från EC kommer de att investera 470 M i FoU och demonstration inom området bränsleceller och vätgas. Privat näringsliv ska skjuta till minst lika mycket pengar som EC, totalt blir budgeten 940 M för verksamheten till och med år Verksamheten inom JTI kommer att styras av en Industrigrupp som 3

12 representerar det privata näringslivet där mer än 50 företag är medlemmar, en forskningsgrupp som representerar forskningsinstitut och universitet samt EC. De viktigaste dokumenten som beskriver mer i detalj verksamheten inom EUs olika program för bränsleceller finns under samt på Technology Platforms hemsida, USA I USA har DOE, Department of Energy, DOD, Department of Defense och NASA sedan länge haft program för att stödja utveckling, produktion och även export av bränsleceller. Inom DOE finns bränslecellprogrammen inom två olika byråer EERE, Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, med inriktning främst mot lågtemperaturbränsleceller för fordon, distributed generation, speciellt bränsleceller för byggnader och vätgasteknik. De adminstrerar och styr US DOE Hydrogen programme, FE, Office of Fossil Energy, med inriktning främst mot frågor angående högtemperaturbränsleceller för användning i stora stationära anläggningar samt större bränsleceller för distributed generation främst anläggningar anslutna till elnätet. De administrerar och styr SECA programmet för SOFC. US/DOE har under åren en budget på totalt 1700 MUSD för utveckling av bränsleceller och vätgas. De största programmen är, Hydrogen Fuel Initiative, här ingår PEFC exempelvis UTC 150 kwe, samt bränsleceller från Ballard och Batelle. Freedom Car, är ett separat program som administreras via Hydrogen Fuel Initiative SECA, SOFC bränsleceller Hydrogen Fuel Initiative DOE Hydrogen Programme är ett forskningsprogram för vätgas och bränsleceller speciellt PEFC och nu även HT-PEFC med syfte att i första hand användas i fordon men även stationära anläggningar finns med. Under 2007 pågick 326 olika projekt inom US DOE Hydrogen Programme många av dessa var forskningsprojekt för utveckling av PEFC. Programmet startades efter President Bushs State of the Union tal 2003 då han annonserade att han avsatte 1200 MUSD för forskning och utveckling av bränsleceller och vätgas som energibärare. Programmets budget under 2007 var 190 MUSD och det kommer förmodligen att öka till 213 MUSD för 2008, vilket är en stabil ökning från tidigare år. Det inkluderar då både vätgasteknik och bränsleceller inom EERE. Den totala 4

13 budgeten för Hydrogen Fuel Initiative inklusive vätgasproduktion från kol, kärnkraft, basic energy science är på över 300 MUSD. En viktig del är det så kallade Fuel Cell Subprogram med syftet att utveckla och demonstrera PEFC system för transport, stationära och portabla applikationer. Budgeten var 57 MUSD 2007 och beräknas öka till 63 MUSD Fördelning per område de senaste åren och 2008 ser ut enligt diagrammet Freedom Car är ett samarbetsprojekt mellan DOE och industrin med syfte att utveckla bränslecellsfordon som använder vätgas som bränsle. Utveckling av bränslecellerna är en central del av programmet även batteriutveckling och infrastruktur för vätgas är centrala delar. Visionen för Freedom Car är dessa deviser, Freedom from dependence on imported oil; Freedom from pollutant emissions; Freedom for Americans to choose the kind of vehicle they want to drive, and to drive where they want, when they want Freedom to obtain fuel affordably and conveniently Programmet har visa krav som skall vara uppfyllda år 2010 och sedan ytterligare mål för år Det kan till exempel nämnas att en bränslecellsbil med effekten 55 kwe skall kunna startas på 18 sekunder, tillverkningskostnad 45 USD/kW år 2010 och ha 15 års livslängd. Budgeten för FreedomCar var år MUSD och kommer att öka något

14 2.2.2 SECA Programmet SECA programmet är avsett för utveckling av SOFC. Det initierades 1999 och då var huvudsyftet att kunna utveckla effektiva SOFC system i storleksordningen 3 10 kwe till en kostnad av högst 400 USD/kWe. SECA har två huvudprogram ett som stödjer sex utvalda industrigrupper som skall ta fram en SOFC enhet i storleksordningen 3 10 kwe och som vid en serieproduktion inte får kosta mer än 400 USD/kWe år Den andra delen Core Technology Program är inriktat på forskning kring SOFC med fokus på att stödja industriteamens mål. Forskningsdelen av SECA programmet Core Technology Program och stödet till industriteamen är i samma storleksordningen, tillsammans ca 60 MUSD per år. Nu kommer en del medel att direkt avsättas till att utveckla teknik för att använda kol som bränsle i bränsleceller samt till utveckling av industriell masstillverkning av SOFC. Den nya etappen kallas SECA Coal based Systems. Där kommer tre utvalda industriteman få uppgiften att leverera varsin 5 MW SOFC. Dessa tre 5 MW SOFC kommer installeras i det första FutureGen kraftverket. I en först etapp som avslutades 2007 var fokus inställt på att få ned kostnaderna för att tillverka en SOFC. Kraven för SECA 1 som alla 6 olika teamen klarade under åren var, Medelverkningsgrad >35 %, de 6 teamens testenheter hade mellan 38,% och 41 % elverkningsgrad Degraderingen av verkningsgraden fick inte vara mer än 4 % per 1000 timmar alla teamen redovisade en degradering mindre än 2 % per 1000 timmar Tillgängligheten var 97% kravet från DOE var 90 % Kostnaden vid masstillverkning 250 MW per år varierade mellan 724 0ch 775 USD per kw, vilket var under det uppsatta målet för Etapp 1 på 800 USD per kw. denna kostnad bedömdes av en oberoende konsult. Budgeten för SECA har de senaste åren varit kring 60 MUSD per år 6

15 De utvalda industrierna är General Electric, Delphi Fuel Cell Energy / Versa Power Acumentrics Siemens Power Group Cummins Power Generation De sex teamen har olika teknik och i en del fall olika målgrupper. General Electric har utvecklat en SOFC tillsammans med PNNL, Pacific Northwest lab i Richland WA och University of South Carolina. Bränslecellen har plana celler och anodsupport med arbetstemperatur vid 750ºC och intern reformering. Bränslecellen är främst avsedd för att användas för stationär elproduktion med olika typer av bränslen. General Electric beslutade tyvärr under hösten 2007 att sluta med utveckling av SOFC och har därmed dragit sig ur SECA programmet. Delphi utvecklar SOFC teknik i samarbete med Batelle/PNNL, Electricore CA och UTC. Delphis SOFC utvecklas i första hand för användning som APU i Lastbilar och militära applkationer. Delphi 3 kwe SOFC system med reformer för naturgas och övrig kringutrustning. Ett 5 kwe system för användning i lastbilar med dieselreformer kommer att presenteras under Stacken har plana celler och anodsupport speciellt fokus har lagts vid att systemet skall kunna möta snabba laständringar Accumentrics utvecklar SOFC med små tuber. De har till skillnad från Siemens bränslet på insidan av tuben och luften på utsidan. Acumentrics tillverkar även så kallade robusta APU batterienheter som används främst av US Army ute i fält. För SECA programmet har Acumentrics 7

16 utvecklat SOFC enhet på 3-5 kwe som har testas i ca 6000 timmar med gott resultat. Fuel Cell Energy / Versa Power, Versa Power kommer från ett kanadensiskt företag Global Thermoelectric som i sin tur hade övertagit tekniken från FZJ i Tyskland. Deras SOFC program köptes av Fuel Cell Energy i USA Versa Powers SOFC har utvecklat en stack med plana celler och anodsupport. Anläggningen som har testas för SECA programmet har effekten 3,1 kwe och har varit i drift i nära 4000 timmar. Versa Powers teknik blev sedan utvald av DOE att deltaga i SECA Coal Based Program med uppgiften att ta fram en 5 MWe anläggning som kommer att ingå i det första FutureGen kraftverket år MWe anläggningen kommer att ha större celler som skall sättas samman i torn. Siemens Power Gruop är det tidigare Siemens-Westinghouse. De har vidareutvecklat sin tubulära SOFC teknik till en mer monolistisk design. Siemens stack har katodsupport, bränslet tillsätts på utsidan av cellen och luften förs in i cellens kanaler. På bilderna nedan syns olika typer av sömlösa tuber som Siemens har utvecklat och avvänt i SOFC stackar. I de första demonstrationsanläggningarna använde Siemens cylindriska tuber med 22 mm diameter. De finns i alla större demonstrationsanläggningar som Siemens har levererat. Krafttätheten är dock relativt låg vilket gör dessa stackar är dyra att tillverka jämfört med annan bränslecellsteknik. Siemens har utvecklat och testat flera olika typer av platta tuber. HPD tuben med 5 kanaler har använts för SOFC 8

17 stacken till SECA programmet. Den stacken hade 36 HPD5 tuber och effekten 6 kwe. I fortsättningen kommer dock Siemens att använda sig av Delta8 tuben som syns på den högra bilden. Den är bättre lämpad för masstillverkning och anses vara mycket driftsäker. Varje cell kommer att vara 750 mm lång och ha 1 kwe DC effekt. Cummins Power generation har utvecklat SOFC som en miljövänlig APU både för stationära och transport ändamål i samarbete med Versa Power, Från början samarbetade Cummins med SofCo. Versa Power har utvecklat själva stacken och Cummins systemet med all kringutrustning FutureGen och bränsleceller SECA Coal Based systems Syftet med Coal Based Systems är att med hjälp av en mycket stor SOFC bränslecell skall verkningsgraden kunna ökas väsentligt i kolkraftverk baserade på kolförgasning, se nedanstående principschema 9

18 IGCC (BGL) Fuel 523 MW Gasif., Cleanup, (LHV) etc. Syngas Coal Fueled SOFC GT Parasites 221MW Net Power 42.2% LHV Eff Steam ST IGFC (BGL) Fuel 523 MW (LHV) Gasif., Cleanup, etc. Syngas SOFC Parasites 300MW Net Power 57.4% LHV Eff GT Steam ST Power output improved by ~35% over IGCC Potential for 15% improvement in efficiency Based on GE Study Tre team kommer att deltaga i SECA programmets Coal Based Systems för att utveckla varsin 5 MWe SOFC som skall använda syntetgas från kolförgasning eller vätgas som bränsle. Dessa team var, SiemensPower Versa Power / Fuel Cell Energy General Electric, som nu har avböjt att fortsätta Bränslecellsanläggningarna skall monteras i FutureGen Kraftverket år De andra tre företagen Accumentrics, Delhi och Cummins ansågs inte ha teknik som var lämplig att skala upp till 5 MWe men de fortsätter i Cost Reduction Program. General Electric har stoppat sin utveckling av SOFC och kommer därmed inte att fortsätta i Coal Based Program. DOE kommer nu att välja ett annat företag som för uppgiften att utveckla en 5 MWe SOFC, det kan eventuellt bli ett europeiskt företag. 10

19 De uppsatta målen för programmet SECA Coal Based Systems Tidplanen är att Phase I skall vara klar under 2008, Phase II 2010 och Phase III Avslutningen av Phase III innebär att bränslecellen skall vara färdig för installation i FutureGen Core technology Program Core Technology Program är ett forskningsprogram inom SECA med syftet att stödja industriteam med den typ av tillämpad forskning som krävs för att de skall kunna uppnå de uppsatta målen för SECA programmet. Det är i huvudsak universitet, National Labs och andra forskningsinstitut som deltager i programmet samt industrin och olika SME. 11

20 Det finns olika huvudområden inom Core Technology Program Materials & Manufacturing, 26 projekt Fuel Processing, 8 projekt Power Electronics, 3 projekt Modelling and Simulation, 2 projekt Balance of Plant, 7 projekt De olika projekten finns beskrivna i detalj på hemsidan för SECA programmet. Störst prioritet har forskning kring ämnena Gas seals Electric interconnect Failure analysis Dessa punkter anses vara kritiska för introduktionen av SOFC och det krävs ytterligare teknikgenombrott för att programmet skall lyckas. SECA programmet har Annual workshops och Peer Reveiws där projekten granskas och bedöms. USA:s program för bränsleceller inkluderar även FoU och demonstrationsprojekt inom NASA och DOD, Departement of Defense, tillsammans med DOEs olika program så är uppskattningsvis den totala budgeten för publik finansiering av bränsleceller MUSD Det är i vissa fall svårt att avgöra vad som är bränsleceller och vad som är vätgas utan bränsleceller. Den privata industrins finansiering i USA är förmodligen i samma storleksordning. 2.3 Tyskland Tyskland har det ojämförbart största nationella programmet i Europa för utveckling av bränslecellteknik. Tyskland ensamt investerar nästan dubbelt så mycket i FoU och demonstration av bränsleceller och vätgas som EU gör centralt. Det federala programmet i Tyskland för utveckling av bränslecellsteknik organiseras av BMWi, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie och BMBF, Bundesministerium für Bildung und Forschung. Syftet med programmet är enligt finansiärerna att industrin i Tyskland skall vara ledande inom bränslecellsområdet i Europa. En stark exportindustri för bränslecellteknologi skall byggas upp i Tyskland samt att den inhemska marknaden förmodligen kommer att bli betydande Federala forskningsprogram i Tyskland Det finns två stora forskningsprogram i Tyskland som ger stöd åt bränsleceller, 5th Federal Energy Research Programme (start juli 2005) som täcker alla former av el och värmeproduktion med huvudsyfte att ge 12

21 Tyskland en bra energimix i framtiden som stärker välfärden och den ekonomiska utvecklingen samtidigt som miljömålen uppfylls. Bränsleceller är en liten del av detta program Hydrogen & Fuel Cell Technology Innovation Programme (April 2007), detta program avser att under 10 år investera 500 M i FoU i Tyskland inom bränslecells- och vätgasområdet. Dessa medel skall motfinansieras med privat kapital. Syftet är att ge industrin i Tyskland i ledande position. Programmets fokus kommer att vara att förbereda marknaden för bränslecellsteknologin bland annat genom FoU projekt och stora så kallade light-house demonstrationsprojekt. FZJ i Jülich har ansvar för programmets organisation mer detaljerad och löpande information finns på Uppsatta syften och mål för Hydrogen & Fuel Cell Technology Innovation Programme Det federala stödet till bränsleceller och vätgas som energibärare i Tysklands federala progarm har utvecklats de senaste åren enligt följande M 70M 80 M ~135 M 13

22 Det federala stödet i Tyskland har fördelats på olika delområden enligt diagrammet nedan. Lägg märke till att de stationära bränslecellerna får en stor del, något mer än hälften av forskningsstödet. Transport Stationary 4% Cross Cutting H2- SOFC 3% 5% Production/Storage 17% 13% PEM 13% MCFC 15% PEM Stationary 20% PEM Transport 4% PEM Portable 6% Strategy Council Fuel Cells Germany Strategy council för bränsleceller och vätgas (Strategierats Wasserstoff Brennstoffzellen) startades i mars 2005 och är en sammanslutning mellan flera departement, industrin och olika forskningsinstitut i Tyskland. Att driva och organisera Strategy Council är en del av Hydrogen & Fuel Cell Technology Innovation Programme Syftet med Strategy Council är att, Ta fram och utveckla en nationell roadmap för verksamhet inom området bränsleceller och vätgas i Tyskland Starta olika arbetsgrupper inom olika del områden som kan ha stort nationellt intresse Kommunicera med internationella sammanslutningar som IPHE, IEA, EU HFP och HY-CO Det finns ett centralt sekreteriat som sköts av FZJ i Jülich för detaljerad information, eller ( på tyska med mer information) För närvarande är följande nationella arbetsgrupper igång, Education and Training of the public (chaired by Prof M. Hoppe, Research Group for practical training FPB) 14

23 Reformation (chaired by Prof Heinzel, Centre for Fuel Cell Technology ZBT) PEFC (chaired by Dr Berg, SGL Carbon) Membranes (chaired by Dr Frank, DaimlerChrysler) Program i tyska delstater I Tyskland har de olika delstaterna också sina egna program och initiativ för att samarbeten mellan delstaterna och industrin. Denna typ av program finns i 10 delstater totalt finansierar FoU inom bränslecellsområdet med ca 20 M per år. De olika programmen finns på kartan nedan. De största programmen är BZI, Brennstoffzellen Initiative Baden-Würtemberg, WIBA, Wasserstoff Initiative Bayern, Kompetenz-Netzwerk Brennstoffzelle Nordrhein-Westfalen, 15

24 Det största programmet är WIBA som finns i Bayern. De har sedan 1995 finansierat 45 projekt med totalt mer än 100 M. En karta över de viktigaste projekten inom WIBA finns här. Exempel på viktiga FoU och demonstrationsprojekt i Tyskland. HT-PEFC, Högtemperatur polymerbränslecller (120ºC 200ºC) där Sartorius, BASF (Pemeas), Volkswagen och FZJ deltager. Forskningsprojektet har som syfte att minska kostnaderna för att tillverka bränsleceller och samtidigt göra dem betydligt mer toleranta mot föroreningar typ CO och svavel, öka krafttätheten kw/dm 3 och minska andelen ädla metaller. Bränsleceller för småhus och mindre byggnader, mer än 80 bränsleceller för småhus är installerade i Tyskland i flera olika projekt exempelvis EUprojektet Virtual Power Plants. Det har 56 system utplacerade i flera länder med bränsleceller från Viessmann, Vaillant och EFC. Kraftbolaget EWE har installerat ca 50 anläggningar 1 5 kwe från Vaillant, Hexis och CFCL (Australien) MCFC utvecklings- och demonstationsprojekt mer än 16 anläggningar på minst 250 kwe har startats i Tyskland flera olika bränslen naturgas, rötgas från VA-verk, annan biogas och metanol har använts som bränslen. Det kan nämnas att Vattenfall äger en anläggning i Berlin som använder metanol som bränsle. SOFC som domineras av Siemens (tidigare Siemens-Westinghouse). De skall bland annat skall leverera en kraftvärme anläggning SOFC 125 kwe CHP till Stadtwerke Hannover. Projektet har blivit försenat flera gånger men anläggningen kommer förmodligen att startas inom kort. Ett annat intressant SOFC projekt är Webasto som utvecklar en SOFC för APU till stora lastbilar som använder diesel som bränsle. Det kan också nämnas att CFCL från 16

25 Australien har börjat uppföra en större tillverkningsanläggning för SOFC system i Heinsberg som ligger i Düsseldorfområdet Övrigt Tyskland Det finns även många projekt inom området portabla bränsleceller och naturligtvis inom transportområdet där Daimler är ett av de ledande företagen i världen. De utvecklar bland annat en ny generation av de bränslecellsbussar som användes i CUTE-projektet, en hybridbuss med väsentligt bättre bränsleekonomi. Personbilarna FCell utvecklas vidare även i större versioner baserade på Mercedes B-Klass. 2.4 Japan Japan ett av de starkaste länderna i världen när det gäller utveckling av bränsleceller. Det finns flera skäl för detta. Japan har uttalat att de har för avsikt att bygga upp en stark tillverknings- och exportindustri för bränslecellteknik både för transportområdet och det stationära samt även portabla bränsleceller. Ett annat skäl är att Japan har ett starkt importberoende av energi. Energipriserna är väsentligt högre i Japan än i många andra industriländer och därför är de angelägna om att effektivisera energiproduktion och användning så mycket som möjligt. Eftersom Japan är tättbefolkat och stark industrialiserat så har även de lokala miljöfrågorna stor betydelse. Bränsleceller anses då vara ett önskvärt alternativ för att förbättra situationen i Japan. Gas- och kraftbolagen samt bilindustrin har egna omfattande FoU program inom bränslecellområdet. Energiforskningen finansieras av METI, Ministry of Economy, Trade and Industry. De stationära bränslecellsprojekten administreras av NEDO, The New Energy and Industrial Technology Development Organization. METIs budget för FoU och demonstrationsprogram för bränsleceller har legat ganska konstant de senast åren kring miljarder YEN, motsvarande 310 MUSD. Inför 2008 planeras en viss ökning jämfört med

26 NEDOs budget som främst gäller utveckling och demonstration av stationära bränsleceller är fördelad enligt diagrammet nedan. Lägg märke till att PEFC är klart störst. Kostnaderna för demonstrationsprogram är växande. Det dominerande projektet det stora programmet med bränsleceller för enfamiljshus. Visionen i Japan från METI och NEDO är mycket ambitiös. Det skall finnas år MWe stationära bränsleceller I Japan och 5 millioner bränslecellsfordon, 10 år senare år MWe stationära bränsleceller och 15 millioner bränslecellsfordon. Dessa siffror har presenterats vid flera tillfällen, bland annat vid senaste Fuel Cell Seminar i oktober Det stora stationära bränslecellsprojektet I Japan är installationen av små 1 kwe CHP anläggningar i småhus i Japan. Vid slutet av år 2007 hade mer än 2000 anläggningar installerats i olika delar av Japan. De har levererats av fem olika leverantörer Toshiba FCP, Ebara/Ballard, Sanyo, Panasonic och Toyota. 18

27 Nästa år 2008 är det sista året med en stor subvention av bränslecellsanläggningarna efter det kommer drygt 3000 stationära anläggningar att finnas i Japan. Visionen att installera betydligt fler bränsleceller är stor men finansieringen för en fortsättning är ännu inte beslutad. Demonstrationsprogrammet har gett stor erfarenhet av praktisk användning av bränsleceller, flera olika standard och lagar har setts över och förnyats, bränslecellernas egenskaper har förbättrats mm. I fortsättningen kommer förmodligen även större 5 kwe anläggningar att användas och även SOFC teknik. Alla anläggningar har I princip samma design, bränslecellsstacken finns i den lilla enheten och varmvattenberedaren i den större. Denna anläggning är levererad av Ebara/Ballard. 2.5 Danmark I Danmark domineras bränslecellsområdet av Risö och Topsö Fuel Cells utveckling och tillverkning av SOFC celler och stackar IRD Fuel Cells utveckling tillverkning av PEFC DTU och Ålborg universitet FoU HT-PEFC Strategi och samarbetsorganisation inom bränslecellesområdet, Brint og brændselsceller i Danmark Partnerskabet Strategi och samarbetsorganisation Brint og brændselsceller i Danmark Partnerskabet Danmark har tagit fram en strategi för bränslecellsforskning och en för vätgasteknik. Dessa strategier är framtagna i samarbete mellan Energistyrelsen och Energinet.dk. Denna strategi styr den statligt finansierade forskningen via ett partnerskap för bränsleceller och vätgas, Brint og brændselsceller i Danmark Partnerskabet. Detta partnerskap är en 19

28 samarbetsorganisation mellan finansiärerna Energistyrelsen och Energinet och industrin bland annat Topsö, IRD Fuel Cells, Danfoss, HIRC och Centec även forskningscentret Risö är med i ledningen av organisationen. Syftet med organisationen är att ta till vara de forskningsmedlen som finns tillgängliga på bästa sätt för Danmark och dansk industri själva arbetet inom partnerskapet görs i olika arbetsgrupper. Detaljerad information finns på organisationens hemsida Det finns två olika program i Danmark för energiforskningen där bränsleceller ingår ForskEl och EUDP som båda beskrivs här. Båda programmen är samfinansierade av den privata industrin och offentliga medel. I Danmark är syftet att i första hand på att utveckla SOFC,PEFC, HT- PEFC och DMFC. ForskEl finansieras via så kallade PSO-medel. PSO är en avgift som elkonsumenter betalar per kwh. PSO-medeln går till största delen till subventionering av förnybar energi och kraftvärme. Det är bara en mindre del som går till forskning Hela ForskEl programmet har en budget på 130 MDKK per år. Bränslecellsdelen är en ganska stor del, det är det största enskilda forskningsområdet. Forskning inom bränsleceller fick 27% av medlen inom ForksEl programmet eller 38,5 DKK under 2007 (ca 48 MSEK) jämfört med solenergi 10,5 MDKK och biomassa 25 MDKK. ForskEl medlen förvaltas och delas ut av Energinet.dk som är ansvariga för det danska elnätet. Mer detaljerad information om ForskEl programmet och PSO finns på websidan Fördelning av ForskEl programmet i Danmark under 2007 EUDP, Energitekniskt Utvecklings och Demonstrationsprogram statades den 1 juni 2007 och ersätter det tidigare EFP-programmet. EUDP förvaltas och delas ut av Energistyrelsen. Detta program är till stor del inriktat på 20

29 demonstrationsprojekt. Under 2007 delades sammanlagt ut 111 MSEK varav 17 MDKK ( ca 21 MSEK) gick till bränsleceller och vätgas. Regeringen i Danmark har för avsikt att fördubbla dessa medel och dessutom avsätta 50 MDKK till ett särskilt bränslecellsprojekt. Planerna är att programmet skall expandera och år 2010 skall det omfatta 394 MDKK. Detaljerad information om EUDP programmet finns på Energistyrelsens hemsida, Det finns också en övergripande websida för all energiforskning i Danmark Det offentliga stödet för FoU och demonstration inom bränslecellsområdet i Danmark var 2007 ca 55,5 MDKK motsvarande 70 MSEK och det kommer förmodligen att öka kraftigt under 2008 med en speciell satsning på demonstrationsprojekt för bränsleceller. 2.6 Finland I Finland finansieras och administreras av det statliga stödet till bränslecellsområdet via TEKES som har ansvar för den statliga finansieringen av teknisk forskning. VTT Finland tekniska forskningscenter administrerar och sköter projekten. Det finska projektet FINSOFC avslutades Det har ersatts av SOFC-Power som skall pågå under åren och ingår i TEKES nationella bränslecellsprogram som omfattar även övrig forskning kring bränsleceller i Finland. Det finska SOFC programmet har bland annat som mål att utveckla en kommersiell SOFC, där Wärtsilä är en kraftfull aktör. De behöver en bränslecell för användning ombord större fartyg som skall kunna användas som APU när fartygen är i hamn. Finland har ett brett bränslecellsprogram med bland annat ett mål att utveckla en kommersiell PEFC som APU och användning för arbetsmaskiner. I Finland utvecklas också portabla bränsleceller åt militären i Finland. 21

30 Tekes funded projects in 2006 > 6 Million VTT, HUT: FINSOFC VTT, HUT: POWERPEM VTT: KARAOKE VTT: Supercapacitor HUT,VTT: Printable micro fuel cell EU projects in 2006 VTT: Real-SOFC (FZJ coordinator) VTT: FCTESQA (ECN coordinator) VTT: BIOMEDNANO (NUI coordinator) HUT: (COST) BIOETHANOL 2006 New EU projects VTT: Large-SOFC (VTT coordinator) TEKES och VTT har som strategi att vara med i och ta initiativ till internationella samarbeten inom bränslecellsområdet. De har till exempel tagit med Topsö Fuel Cells, Danmark, FZJ, Tyskland och ECN, Nederländerna i sina projekt. Finland har också aktiv kontakt med motsvarande organisationer i USA, Kanada och Japan. Finland deltager i flera större EU-projekt och är ledare för Large-SOFC som skall pågå till och Det finns flera företag från Finland med i EU projektet TEKES finansierat bränslecellsforskningen med ca 6 M per år. Detta belopp kommer att öka till ca 8,5 M per år i det nya nationella bränslecellsprogrammet enligt följande plan Program Budget TEKES Industrin, R&D Övrigt EU Totalt (M ) lab mm Phase ( ) Phase ( ) Totalt (6 år) Kanada I Kanada finns en vision att vara och bibehålla en ställning som en globalt ledande region för utveckling av bränsleceller och vätgas som energibärare. Kanada vill speciellt var en ledande exportör av bränslecellsteknik och har lyckats ganska bra hittills med företag som Ballard och Hydrogenics. 22

31 En omfattande så kallad Canadian Commercilization Road Map har tagits fram genom initiativ av regeringen i Kanada och även en uppföljning Charting the Course, A Program Roadmap for Canada s Transition to a Hydrogen Economy, som ligger till grund för det kanadensiska programmet. Kanada har flera företag i ledande ställning inom bränslecells och vätgasområdet exempelvis Ballard, Hydrogenics och Versa Power. Det finns idag ca 2500 anställda i Canada i bränslecells- och vätgasindustrin. De statliga bidraget i Kanada var ca 40 MCAD per år. Industrin i Kanada får subventioner från många internationella forskningsprogram dels från USA/DOE och också i en del fall från Europa och EU-projekt. Enligt Hydrogen and Fuel Cells Canada är den totala forskningsbudgeten för industriföretagen i Kanada inklusive privat kapital ca 250 MCAD per år. Hydrogen and Fuel Cells Canada är det nya namnet sedan 2006 på den tidigare organisationen Fuel Cells Canada. Namnbyte skedde därför att många av de kanadensiska bolagen som arbetar med bränsleceller också har kopplingar till vätgas som bränsle och att de vill bredda intresset för organisationen. Hydrogen and Fuel Cells Canada är en industriorganisation med syfte att vara ett nationellt nätverk och en enad organisation för kommunikation med myndigheter och för internationellt samarbete. De har även associerade medlemmar från andra länder. För mer information se NRCan, Department of Natural Resources Canada, finansierar och administrerar det viktigaste federala bränslecellprogrammen och forskningsinstitutet NRC-IFCI, se NRC-IFCI, Institute for Fuel Cell Innovation NRC-IFCI, Institute for Fuel Cell Innovation är ett forskningsinstitut för bränslecellsteknik som finns i Vancouver. NRC-IFCI har 77 heltidsanställda och plats för 110 gästforskare och studenter. Den årliga budgeten för institutet är i storleksordningen 10 MCAD. Kontor och laboratorier finns i anslutning till universitetets område, där finns bland annat en tankstation för vätgas och en stor avancerad klimatkammare där fordon och annan utrustning kan testas. Institutet arbetar inom tre huvud områden PEFC, med flera underområden som har som mål att minska kostnader för PEFC, HT-PEFC och Direct Fuel PEFC (flytande bränslen) SOFC, med fokus på lägre arbetstemperatur och snabba gradienter Vätgas, produktion, lagring och infrastruktur En del större projekt i Kanada, Hydrogen Highway, i British Colombia som kommer att användas i samband med vinter OS 2010 i Vancouver och Whistler området. Syftet är att bygga flera demonstrationsanläggningar i British Colombia med tankstationer för vätgas och demonstrationer av olika möjligheter 23

32 att använda vätgas. Flera typer av fordon, truckar och andra arbetsmaskiner skall testas och visas i sin verkliga miljö. Ett delmål är att det skall finnas projekt inför olympiaden 2010 så att Hydrogen Highway då skall trafikeras med ett flertal bussar och anda fordon, se Vancouver Fuel Cells Vehicle Program som är ett program i samarbete med Hydrogen Highway för att demonstrera bränslecellsfordon. The Canadian Transportation Fuel Cell Alliance, 33 MCAD program Hydrogen Village, som är ett demonstrations och FoU program i Toronto området, där användning av bränsleceller och vätgas skall visas. Projektet initierades av Hydrogenics, flera olika delprojektet har startats, Storbritannien DTI, Departement of Trade and Industry, har ansvar för den offentliga finansieringen för utveckling av bränsleceller. DTI har initierat en samarbetsorganisation Fuel Cells UK för aktörer inom bränslecellsområdet i Storbritannien, Fuel Cells UK startade sin verksamhet i Maj Det är forskningsinstitut, universitet och industrin som tillsammans skall vara en samlad grupp för att organisera utveckling av bränslecellsområdet i Storbritannien och samtidigt vara en stark internationell aktör. Fuel Cells UK har tagit fram en handlingsplan UK Fuel Cell Development and Deployment Roadmap, den finns på publicerad på deras hemsida. Grundforskning för bränsleceller organiseras av EPSRC, Engineering and Physical Science Research Councils UK, en myndighet direkt under regeringen, bl.a. finns SUPERGEN Hydrogen programme och Fuel cell SUPERGEN Consortia programme som startade 2005 och löper under fyra år med en sammanlagd budget av 4,6 MGBP. Enligt Fuel Cells UK finns mer än 100 företag I Storbritannien som är aktiva inom bränslecellsområdet. De största är Intelligent Energy, Johnson Matthey and Rolls-Royce Fuel Cells och Imperial College. UK DTI har haft program för bränsleceller sedan 1992 och finansierat ca 160 projekt i Storbritannien med ett kontinuerligt årligt stöd som idag är 2 MGBP per år. Det finns många olika publika forskningsprogram som finansierar bränsleceller i Storbritannien. De finns till exempel regionala program i Skottland och Wales och en fond Carbon Trust R&D. Totalt beräknas den årliga publika budgeten för bränsleceller i Storbritannien till 4,9 MGBP (ca 65 MSEK) 24

33 25

34 3 Referenser EU Technology Platform Hydrogen and Fuel Cells: Direkt länk till publicerade dokument: USA US DOE Hydrogen programme, SECA programmet Tyskland Hydrogen & Fuel Cell Technology Innovation Programme Strategierats Wasserstoff Brennstoffzellen eller ( på tyska med mer information) BZI, Brennstoffzellen Initiative Baden-Würtemberg, WIBA, Wasserstoff Initiative Bayern, Kompetenz-Netzwerk Brennstoffzelle Nordrhein-Westfalen, Danmark Brint og brændselsceller i Danmark Partnerskabet, ForskEl-programmet, EUDP-programmet Energistyrelsens hemsida, Energiforskning i Danmark Finland Kanada Hydrogen and Fuel Cells Canada, och Canadian Commercilization Road Map, 2002, Fuel Cells Canada m.fl Charting the Course, 2004, Governement of Canada NRCan, Department of Natural Resources Canada Storbritannien UK Fuel Cell Development and Deployment Roadmap, DTI 2006, Synnogy Ltd 26