Teknikbevakning av bränslecellsområdet

Transkript

1 Teknikbevakning av bränslecellsområdet under 2012 Syntesrapport Elforsk rapport (13:30) Bengt Ridell, Erik Wiberg, Bertil Wahlund, Hans Pohl April 2013

2 Teknikbevakning av bränslecellsområdet under 2012 Syntesrapport Elforsk rapport (13:30) Bengt Ridell, Erik Wiberg, Bertil Wahlund, Hans Pohl April 2013

3 Förord För att hålla Energimyndigheten, Elforsks intressenter och övriga bränslecellsintressenter uppdaterade på vad som sker inom bränslecellsområdet, har projektet Teknikbevakning av bränslecellsområdet (Elforsk projektnummer 25097) genomförts under Målet med projektet har varit att bevaka utvecklingen inom bränslecellsområdet och sprida resultaten till Elforsks intressenter, näringsliv, myndigheter och akademi. I huvudsak har utvecklingen följts med utgångspunkt från IEA Implementing Agreement on Advanced Fuel Cells med ett delprojekt för varje annex, men också genom bevakning av konferenser och aktiviteter inom området. Denna rapport utgör en syntes av det tiotal rapporter som tagits fram i teknikbevakningsprojektet. Dessa rapporter finns publicerade och fritt nedladdningsbara på Elforsks webbplats för bränslecellsbevakningen på adressen Projektet har till största delen finansierats av Energimyndigheten. Volvo och Vätgas Sverige har bidragit med egeninsatser. Styrgruppen för projektet, som också deltagit aktivt i projektgenomförandet, har bestått av följande ledamöter: Bernt Gustafsson och Greger Ledung Energimyndigheten, Göran Lindbergh KTH, Bengt Ridell Grontmij AB, Eva Fontes och Emelie Wennstam Intertek Semko, Mohsen Assadi och Bengt Sundén LTH, Hans Pohl, Erik Wiberg Vätgas Sverige och Bertil Wahlund Elforsk AB. Elforsk framför ett stort tack till styrgruppen för värdefulla insatser. Stockholm april 2013 Bertil Wahlund Programområde El- och värmeproduktion Elforsk AB

4 Sammanfattning Detta är en syntesrapport för Energimyndighetens teknikbevakningsprojekt inom bränslecellsområdet. Teknikbevakningsprojektets uppgift är att hålla svenska intressenter, forskare och näringsliv väl uppdaterade om pågående forskning och utveckling samt marknadsutveckling inom bränslecellsområdet. Teknikbevakningsprojektet har under 2012 administrerats av Elforsk med deltagare från KTH, LTH, Volvo, Grontmij, Vätgas Sverige och Intertek. Teknikbevakningsprojektet finansierar stora delar av det svenska deltagandet i IEA Advanced Fuel Cells där det finns internationella nätverk med ledande aktörer inom området. Det underlättar för svenska forskare och företag att delta i internationella projekt och nätverk och på så sätt vara väl uppdaterade på marknads- och teknikutvecklingen inom området. För att kunna genomföra teknikbevakningsprojektet har förutom IEAverksamheten ledande konferenser och litteratur bevakats samt en del forskningsprojekt genomförts vid högskolorna. Informationen från teknikbevakningen har delgetts näringsliv genom Elforsks speciella webbplats samt ett välbesökt seminarium där resultaten av verksamheten redovisas för svensk industri och forskare m.fl. Det har även arrangerats en workshop under året specialiserad på användningsområden där bränsleceller kan ersätta batterier. Under det senaste året har de globala aktiviteterna inom bränslecellsområdet väsentligt tilltagit. Volymerna av levererade bränsleceller inom energiområdet har i princip fördubblats både i antal och i effekt. Det levererades under 2012 totalt 180 MW e bränsleceller samtidigt som antalet mindre portabla enheter ökade kraftigt. Det finns flera orsaker till denna utveckling. Främst är det teknikutveckling och erfarenheter från de allt större ackumulerade volymerna av bränsleceller som finns i drift. Det gör att det idag går det att köpa bränsleceller med kommersiella garantier samtidigt som prisnivåerna sjunker och driftsäkerhet och livslängder ökar. En viktig orsak till den kraftiga ökningen är också att i vissa länder prioriteras tekniken genom olika former av subventioner, exempelvis inmatningstariffer, miljösubventioner eller tax credit systems. För flertalet tillämpningar återstår det fortfarande en del teknikutveckling innan en fullt konkurrenskraftig kommersialisering är genomförd. Främst krävs ytterligare minskning av tillverkningskostnaderna och i många fall även ökad tillförlitlighet. I Japan nådde antalet installerade stationära bränsleceller i hus och byggnader vid årsskiftet 2012/13. Det är väsentligt mer än vad som är installerat i övriga världen. Den kraftiga ökningen i Japan (i princip en fördubbling under året) beror på förbättrade garantier, lägre priser samt att subventionerna har utökats på grund av energiproblemen efter kärnkraftsolyckan i Fukushima. En speciell marknad som tagit fart i Nordamerika är bränslecellsdrivna gaffeltruckar. Idag säljs de i tusentals och nya lagerlokaler byggs från början avsedda för bränsleceller och vätgastankning. Fördelarna med att slippa batterihantering och snabbare tankning än laddning är avgörande. Marknaden för portabla bränsleceller, i regel laddare för elektronik, speciellt mobiltelefoner och militära användningsområden, har fått ett kommersiellt genombrott under Det såldes mer än enheter under 2012 mot ca år Flera olika tillverkare säljer nu portabla bränsleceller öppet på marknaden bland annat myfc från Sverige med sin laddare PowerTrekk.

5 På transportområdet aviserar bilindustrin om start av volymtillverkning av bränslecellsbilar (fuel cell electric vehicle; FCV eller FCEV) från Hyundai ska ha levererat FCV till år 2025 och då nått fullt konkurrenskraftig teknik. Det krävs en infrastruktur för vätgas som nu planeras, speciellt i Japan, Korea och inom EU. Även i USA finns planer för införandet av FCV med vätgas som bränsle. Bränslecellsbilarna som tillverkas idag har prestanda och komfort som konventionella bilar. Det som främst återstår är kostnadsreducering och uppbyggnad av vätgasinfrastrukturen. I Sverige är den nya utlysningen för forskning inom området från branschprogrammet fordonsstrategisk forskning och innovation (FFI) ett tecken på att intresset ökar även här. Det har framkommit att svenska företag har svårt att rekrytera personal i Sverige som kan vara med som experter i internationella projekt. Det öppnas nu möjligheter att öka aktiviteten vid universitet och högskolor. Idag bedrivs forskning och utveckling i Sverige främst hos företag, exempelvis Intertek, Powercell, Volvo, COMSOL, myfc, Catator, Cellkraft, Sandvik, Impact Coating, Opcon och Höganäs. En del av dessa har en internationellt sett stark position inom sin respektive nisch. Annars är intresset för bränsleceller i Sverige främst inriktat på ersättning av batterier och användning av biogas som bränsle. Det finns svenska företag som deltagare eller administratörer i 11 EU-projekt inom Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) och ytterligare projekt är under förhandling med kommissionen. Det ska också nämnas att två Hyundai bränslecellsbilar har köpts in av region Skåne i samarbete med Köpenhamns stad. Ett EU-finansierat demonstrationsprojekt med biogas som bränsle till en större MCFC-anläggning är under planering för placering i Stockholmsområdet. Syntesrapporten avslutas med en rad policyrekommendationer, bland dem: Starta utbildning och doktorandutbildning vid universitet och högskolor så att svensk industris kompetensförsörjning säkras Underlätta för svenska företag att delta i internationella projekt och program, i första hand i EU:s FCH JU och TEN-T Undersök förutsättningarna för en centrumbildning mellan industri, universitet och högskolor och staten Medverka i IEA Advanced Fuel Cells för fortsatt teknikbevakning och säkra kunskapsspridning till svenska intressenter genom seminarier, rapporter och nätverksfrämjande aktiviteter, företrädesvis genom en fortsättning och vidareutveckling av Elforsks teknikbevakningsprojekt.

6 Summary This is a synthesis report of the technology outlook for 2012 in the fuel cell area through a project financed by the Swedish Energy Agency and a couple of firms. The aim of the project is to keep Swedish stakeholders, researchers and industry well informed of ongoing research, development and market expansion in the fuel cell area. The technology outlook project in 2012 was administered by Elforsk and carried out by KTH, LTH, Volvo, Grontmij, Hydrogen Sweden and Intertek. Input to the project comes to a great extent from participation in six annexes within IEA Implementing Agreement on Advanced Fuel Cells. The outlook has covered stationary, portable and tractionary fuel cells and different fuel cell types. The technology outlook project finances a large part of the Swedish participation in the IEA Advanced Fuel Cells where there are international networks of leading players in the field. It makes it easier for Swedish researchers and companies to participate in international projects and networks and thus be well up to date on market and technology developments in the field. In addition to the IEA activities participation in leading conferences, literature studies and some research conducted at universities has been conducted. For the dissemination of the results to the stakeholders a special website has been set by Elforsk and a well-attended seminar was arranged, where the project results were presented to the Swedish industry, researchers and others. It has also been arranged a workshop focused on applications where fuel cells could replace batteries. During the past year the global fuel cell activities have significantly increased. The volumes of delivered fuel cells in the energy sector have basically doubled in number and in total power. In 2012, a total of 180 MW e fuel cells were shipped, while the number of small portable devices also grew strongly. There are several reasons for this development. Foremost is the development of technology and experience from the growing volumes of fuel cells on the market. It means that today you can buy fuel cells with commercial guarantees and price levels are falling and the reliability and life expectancy increases. Another major reason for the surge is that in some countries the technology enjoys various forms of subsidies such as feed-in tariffs, environmental subsidies or tax credit systems. However, for several applications there are still significant technological developments required before a full commercialization can be expected, especially reduction of production costs and in many cases further improved reliability. In Japan, the number of installed stationary fuel cells in homes and buildings increased to 43,000 at year-end 2012, which is significantly more than what is installed in the rest of the world. The sharp increase in Japan, basically a doubling during the year, is not only due to improved reliability, improved guarantees and lower prices, but also due to the fact that the subsidies have been extended relating to the energy problems in connection with the nuclear accident in Fukushima. One particular market that has gained momentum in North America is fuel cell-powered forklifts. Today, they are sold in thousands and new warehouses are built from the start for fuel cells and hydrogen refuelling. Decisive benefits are avoiding battery management and faster refuelling than recharging. The market for portable fuel cells, usually chargers for electronics, especially mobile phones and military applications, has received a commercial break-

7 through. It has been sold more than 50,000 units in 2012 to be compared to 7,000 in Several manufacturers now sell portable fuel cells in the open market including myfc from Sweden with their charger PowerTrekk. In the transport sector the automotive industry announces that they will start volume production of fuel cell (electric) vehicles (FCVs or FCEVs) from Hyundai says they will deliver 100,000 FCVs in 2025 with fully competitive technology. It requires an infrastructure for hydrogen as now planned in particular in Japan, Korea and the EU. Also in the USA there are plans for the introduction of FCVs with hydrogen as fuel. Fuel cell cars manufactured today have performance and comfort as conventional cars. The main issues remaining are cost reduction and the development of the hydrogen infrastructure. In Sweden, a new call for research in the area has been released by FFI and that is a sign of increasing interest here too. It has emerged that Swedish companies encounter difficulties recruiting people from Sweden who can participate as experts in international projects. It now opens opportunities to increase activity at universities. Today, research and development in Sweden is primarily performed in the industry at companies such as Intertech, Powercell, Volvo, COMSOL, myfc, Catator, Cellkraft, Sandvik, Impact Coating, Opcon and Höganäs. Some of these have an internationally strong position in their respective niche. The use of fuel cells in Sweden is today mainly focused on replacing batteries and the use of biogas as fuel. There are Swedish companies as participants or administrators in 11 EU projects within the FCH JU and additional projects with Swedish participants are under negotiation with the Commission. It should also be mentioned that two Hyundai fuel cell vehicles have been purchased by the Region Skåne in cooperation with the City of Copenhagen. An EU-funded demonstration project with biogas as fuel, a larger MCFC plant, is being planned for placement close to Stockholm. The synthesis report concludes with a number of policy recommendations, among them: Establish education and postgraduate courses at higher education institutions in order to ensure supply of competence to Swedish industry Facilitate Swedish companies participation in international projects and programmes, in particular EU FCH JU and TEN-T Investigate the possibilities to establish a centre with academia, industry and the public sector participating Participate in IEA Advanced Fuel Cells as a key ingredient in continued technology outlook and ensure knowledge dissemination to Swedish stakeholders through seminars, reports and network-supporting activities, preferably through a continuation and development of Elforsk s technology outlook project.

8 Innehåll 1 Bakgrund Förklaring till hur underlagsrapporterna hänger ihop Syntesrapportens upplägg Syfte och mål 3 3 Övergripande sammanfattning av viktiga händelser och utveckling Stationära polymera bränsleceller (PEFC eller PEMFC) Smältkarbonatbränsleceller (MCFC) Fastoxidbränsleceller (SOFC) Portabla tillämpningar av bränslecellstekniken Traktionära tillämpningar av bränslecellstekniken Tillämpningar av bränsleceller i Sverige Gårdsbaserad biogas för bränsleceller Bränsleceller som reservkraft till datorhallar Arbetsseminarium: Batterier och bränsleceller Konferensbevakning Fuel Cell Seminar World Hydrogen Energy Conference Bränslecellsaktiviteter inom IEA och EU IEA Advanced Fuel Cells, speciellt Annex 25 stationära bränsleceller IEA Hydrogen och Task 30 Global Hydrogen Systems Analysis EU: Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) Bränsleceller för Sverige Användningsområden i Sverige Förutsättningar idag i Sverige Vad bör vi göra i Sverige? Användningsområden i Sverige Rekommendationer Förkortningar 36

9 1 Bakgrund Projektet Teknikbevakning av bränslecellsområdet bedrivs för att landets forskare och näringsliv ska kunna hålla sig ajour med pågående utveckling såväl inom landet som internationellt. Föreliggande rapport är en syntes av den teknikbevakning som genomförts under Projektet har finansierats av Energimyndigheten och genom några företags egna insatser. Teknikbevakningen har bedrivits som ett enskilt projekt från I huvudsak har utvecklingen följts med utgångspunkt från IEA Implementing Agreement on Advanced Fuel Cells (IEA AFC) och omfattat utvecklingen av såväl stationära, portabla och traktionära bränsleceller som olika bränslecellstyper (MCFC, SOFC och PEFC). Även internationella konferenser och EU-aktiviteter inom området har följts och bevakats. Vidare har ett arbetsseminarium hållits inom senaste etappen. Se figur nedan för de olika annexen inom IEA AFC. De tre annexen till vänster (MCFC, SOFC och PEFC) är teknikorienterade och studerar i första hand frågor kring material, cell- och stackutveckling. Annexen till höger (stationära, transport och portabla bränsleceller) är användarorienterade och studerar främst användar- och marknadsfrågor. 1.1 Förklaring till hur underlagsrapporterna hänger ihop Inom teknikbevakningen har teknik- och tillämpningsområdena, beskrivna ovan, bevakats i delprojekt, ett per område. Inom varje delprojekt har en rapport tagits fram. Utöver dessa områden har två internationella konferenser bevakats (Fuel Cell Seminar och World Hydrogen Energy Conference) och en rapport från vardera konferens har skrivits. Vidare har ett arbetsseminarium om batterier och bränsleceller hållits. Även för detta finns det en rapport. 1

10 Rapporterna ligger till grund för denna syntesrapport. Underlagsrapporterna innehåller fördjupad bevakning och även teknisk beskrivning. De kan laddas ned via projektets webbplats Följande rapporter har tagits fram inom teknikbevakningen: 1. Teknikbevakning av polymera bränsleceller (PEFC) 2012, Elforskrapport 13:21, Rakel Wreland Lindström, Göran Lindbergh, KTH 2. Teknikbevakning av stationära smältkarbonatbränsleceller (MCFC) 2012, Elforskrapport 13:22, Carina Lagergren, Göran Lindbergh, KTH 3. Teknikbevakning av stationära fastoxidbränsleceller (SOFC) 2012, Elforskrapport 13:23, Martin Andersson och Bengt Sundén, LTH 4. Teknikbevakning av portabla tillämpningar för bränslecellstekniken 2012, Elforskrapport 13:24, Eva Fontes, Emelie Wennstam, IntertekSemko 5. Teknikbevakning av bränsleceller för fordon 2012, Elforskrapport 13:25, Hans Pohl 6. Tillämpningar av bränsleceller i Sverige. Elforskrapport 13:26, Bengt Ridell, Grontmij AB, Göran Lindbergh, KTH 7. World Hydrogen Energy Conference 2012 konferensbevakning, Elforskrapport 13:27, Erik Wiberg, Vätgas Sverige 8. Fuel Cell Seminar 2012 konferensbevakning, Elforskrapport 13:28, Bengt Ridell Grontmij AB och Martin Andersson LTH 9. EU-program bränsleceller Fuel Cell and Hydrogen Joint Technology Initiative, FCH JU (JTI), Elforskrapport 13:29, Bengt Ridell, Grontmij AB 10. IEA Bränsleceller och vätgas 2012, Elforskrapport 13:53, Bengt Ridell, Grontmij AB 11. Arbetsseminarium batterier och bränsleceller, Elforskrapport 13:54, Erik Wiberg, Vätgas Sverige. 1.2 Syntesrapportens upplägg Projektets syfte och mål beskrivs i nästa kapitel. Därefter följer höjdpunkter inom respektive bevakningsområde i kapitel 3. I kapitel 4 diskuteras hur bränslecellsutvecklingen kan överföras till ett svenskt perspektiv och hur bränsleceller kan passa in i ett svenskt energisystem. Slutligen i kapitel 5 ges ett åtgärdsförslag till vad bränslecellssverige, myndigheter, näringsliv och högskolor bör göra för att på bästa sätt dra nytta av utvecklingen inom bränslecellsområdet. Kapitel 6 innehåller en lista på förkortningar. 2

11 2 Syfte och mål Syftet med teknikbevakningsprojektet är att samla in kunskap och underlag, och vara en kunskapsförmedlare för att hjälpa landets forskare, näringsliv och myndigheter att hålla sig á jour med pågående utveckling såväl inom landet som internationellt. Projektet hjälper även industri och forskare att hitta internationella partners och projekt genom nätverkande. Teknikbevakningsprojektet ökar dessutom medvetandegraden om teknikens möjligheter (och begränsningar) och bidrar till att näringsliv och offentlig sektor skapar förutsättningar för introduktion av tekniken. Avslutningsvis är projektet en plattform för att Sverige ska kunna uppfylla internationella åtaganden inom IEA. Målen med projektet är att ge Energimyndigheten underlag för beslut om framtida aktiviteter inom området. sprida information till universitet och högskolor och näringslivsintressenter om den senaste utvecklingen inom bränslecellsområdet med tyngdpunkt på bränsleflexibilitet, tillförlitlighet och systemaspekter samt teknik och tjänster som genom svenskt näringsliv kan kommersialiseras. Vidare ingår att analysera kritiska faktorer som påverkar marknaden. visa i vilka applikationer och tillämpningar som bränsleceller passar in i ett långsiktigt hållbart energisystem i Sverige. 3

12 3 Övergripande sammanfattning av viktiga händelser och utveckling 3.1 Stationära polymera bränsleceller (PEFC eller PEMFC) Leveranserna av PEFC-bränsleceller ökade kraftigt Enligt prognos från Fuel Cell Today levererades bränslecellsenheter vilket innebär en tredubbling från Ökningen beror sannolikt på att det var stort fokus på kommersialisering, där kringsystem förbättrats och allt bättre garantier utlovats. Ökningen speglas också av att den japanska katalysatortillverkaren Tanaka ökat sin försäljning av katalysatorer till bränsleceller med 67 % under Antalet enheter för transport är fortfarande litet men tros dominera marknaden när bränslecellsdrivna fordon börjar säljas runt För de flesta användningsområden behöver kostnaden för bränslecellerna sänkas för att systemen ska bli ekonomiskt konkurrenskraftiga. Den marknad som förväntas få upp volymerna mest är fordonsindustrin, där bränslecellstackar runt 100 kw beräknas sälja först i tiotusental runt 2015 för att sedan öka betydligt därefter. Det finns dock applikationer där bränsleceller är betydligt närmare kommersialisering, främst som reservkraft och för kraftvärmeproduktion i byggnader såsom småhus. Där ligger effekten oftast på 1-5 kw. PEFC används allt oftare som reservkraft med vätgas eller metanol som bränsle. Det är framförallt för mobilbasstationer som bränslecellsanvändningen har ökat. I ett första skede ses USA, men även Indonesien och andra utvecklingsländer, som de riktigt stora marknaderna på grund av otillförlitliga elnät och ett växande mobiltelefonanvändande. Även i Västeuropa finns en stor marknad där PEFC används för att förstärka UPS-system och reservkraft i olika telekomsystem. Japan har haft en kraftig ökning under 2012 för leveranser av PEFC som småskalig kraftvärme till småhus och byggnader. Vid årsskiftet fanns det drygt stationära bränslecellssystem installerade i Japan, vilket i det närmaste är en fördubbling jämfört med Cirka hälften av dessa kom från Panasonic. Sedan 2010 har de japanska systemen förbättras och fått 3 procentenheter högre elverkningsgrad och blivit 20 procent billigare. Även i andra länder har intresset för mikro-chp ökat. I Tyskland har man ett program som i juni 2012 hade 260 system installerade och i slutet av 2013 ska 550 system vara i bruk. Ett europeiskt program under namnet Ene.field sammanför europeiska tillverkare och användare i 12 medlemsländer för att testa olika bränslecellstekniker i runt installationer i byggnader. I Korea har 350 mikro-chp-system producerats under Kostnaderna har sjunkit betydligt redan från tidigare år och det är en trend som det läggs betydande resurser på att upprätthålla. Flera system har också visat att de kan starta vid omgivningstemperaturer under 0 C, till och med ner till under minus 20ºC. För reservkraftsystem beror livslängden framförallt på elnätets karaktäristik; ett elnät med många och långa strömavbrott ställer högre krav på bränslecellens livslängd. 4

13 Ett relativt stort användningsområde som växer snabbt i Nordamerika är bränslecellsdrivna gaffeltruckar. Tusentals truckar med bränsleceller har sålts och försäljningsvolymen kan delvis förklaras med att truckmarknaden för bränsleceller är subventionerad i USA. Det finns flera fördelar med att använda bränsleceller och vätgas i stället för batterier. Det behövs inga batterirum och den tunga batterihanteringen försvinner mm. En förutsättning för kostnadsminskning av i stort sett alla komponenter och inte minst monteringen är att volymtillverkning påbörjas. Automatisering och investeringar i maskiner för kontinuerlig produktion sänker priserna betydligt, eftersom det mesta av dagens tillverkning sker med prototypmetoder. Automatiseringen är också en nödvändighet för att upprätthålla en jämn kvalité och säkerställa tillgängligheten för bränslecellerna. Det finns flera beräkningsmodeller som används för kostnadsuppföljning. Ett exempel är amerikanska energidepartementets kostnadsmål. Då beräknas kostnaderna för dagens teknik men beräknas för serieproduktion, jämför figur. Måltalet för tillverkning av bränsleceller för bilar är 30 USD/kW som är dagens kostnad för en bensinmotor. Fortfarande är det huvudsakliga målet för forskning och utveckling på bränslecellssystem att få ned kostnaderna och öka driftstiden. För att minska kostnaden handlar mycket av forskningen om att minska platinamängden i PEFC. Även forskningen kring icke-platinabaserade elektroder har intensifierats det senaste året. Dessa katalysatorer består av kol med aktiva katalytiska säten av en metalljon, företrädelsevis järn, kobolt eller nickel som koordinerar till kväveatomer bundna till kolstrukturen. Utöver katalysatormaterialet sker mycket utveckling av membran, som idag är dyra. Protonledande membranelektrolyter baserade på PFSA (polyperfluorosulfonic acid) är helt dominerande för PEFC, men de fluorerade jonomera materialen är dyra och tillverkningen miljömässigt ifrågasatt och forskning pågår för att utveckla nya alternativa polymerer. Dessa baseras på kolväten, som generellt har bättre stabilitet vid högre temperaturer men har större vattenupptag och lägre ledningsförmåga än PFSA. I Sverige är bränslecellsföretagen på frammarsch; myfc har nu lanserat en elektronikladdare och Powercells utvecklar sin APU som nu demonstreras på Göteborgsoperan. Industriell volymtilllverkning av PEFC-system hos Dantherm Power 5

14 3.2 Smältkarbonatbränsleceller (MCFC) Smältkarbonatbränsleceller (MCFC) är idag en i det närmaste fullt utvecklad kommersiell teknik. Ett stort antal anläggningar är i drift runtom i världen och flera är på gång att startas. Idag säljs MCFC under kommersiella villkor med garantier och servicekontrakt. Fuel Cell Energy i USA, som är det dominerande företaget inom MCFC-teknik, redovisar sedan hösten 2011 vinst i sin verksamhet. MCFC arbetar vid 650 C och är väldigt bränsleflexibel. Denna typ av bränslecell passar därför att användas i en rad olika tillämpningar där metaninnehållande bränsle finns på plats i form av biogas, till exempel rötgas eller restgaser från någon tillverkningsprocess. Av de anläggningar som finns i drift drivs ca en tiondel med någon form av biogas. Den höga temperaturen på spillvärmet från stacken gör att totalverkningsgrader på ca 90 % uppnås i de fall då man också tillvaratar värmet, något som i princip sker i alla installationer av MCFC. Systemens storlek varierar då MCFC oftast byggs i moduler på några hundra kw e. Generellt sett ligger storleken på de färdiga systemen från 250 kw e upp till några MW e. Elverkningsgraden är ca 50 % räknat på bränslets lower heating value (LHV). De största installationerna finns i Sydkorea. Även Kalifornien, nordöstra USA och Tyskland har många anläggningar i drift. Totalt sett ligger den installerade effekten nu på mer än 180 MW e (på ca 70 platser i världen) och de har producerat mer än GWh. Den totala orderstocken är i storleksordningen 300 MW e. Den längsta driftstid som rapporterats för en stack ligger på timmar. Den hittills största ordern på bränsleceller någonsin har kommit till Fuel Cell Energy från POSCO Energy under hösten Den löper under flera år och är totalt på 121,8 MW. En trend för MCFC-tekniken är att systemen nu är större än tidigare och det byggs fler och fler bränslecellsparker på flera MW. En annan trend är intresset för att också använda MCFC som koldioxidseparator/-koncentrator. Detta görs genom att istället för luft till katoden tillsätta rökgas från tex en förbränningsanläggning. Denna rökgas innehåller små mängder koldioxid, som i de elektrokemiska reaktionerna i bränslecellen transporteras över från katod till anod, där den går ut från cellen i en mer koncentrerad form. Koldioxiden är lättare att avskilja från den utgående anodgasen då halten är högre än i rökgasen. Den forskning som bedrivs är i högre grad än tidigare kopplad till användningen av MCFC i verkliga tillämpningar; teoretiska beräkningar av samspelet mellan olika systemkomponenter, bränslekvalitet och olika reningsmetoder för biogas samt dessas påverkan på ekonomin, utformning av flödesplattor etc. KTH är med i EU-projektet MCFC-CONTEX som främst fokuserar på de föroreningar som förekommer i alternativa bränslen, vilka toleransnivåer som finns för dessa om bränslecellen ska kunna uppnå önskad livslängd. En litteraturundersökning i de vetenskapliga databaserna gällande forskningsartiklar på MCFC under år ger exempel på teoretiska beräkningar av samspelet mellan olika systemkomponenter, bränslekvalitet och olika reningsmetoder för bränslet samt dess påverkan på ekonomin, 6

15 utformning av flödesplattor, livscykelanalys, hybridisering av MCFC med gasturbiner etc. Fuel Cell Energy studerar speciellt MCFC kombinerat med koldioxidavskiljning, det enda kända sättet idag att samtidigt med CO 2 - avskiljningen direkt producera elektrisk energi. Världens största bränslecellsanläggning i drift, 11,2 MW i Daegu, Sydkorea [Fuel Cell Energy] En bränslecellspark på 60 MW är under uppbyggnad i Korea Den industriella utvecklingen av MCFC-system i Europa fortsätter nu genom ett samarbete mellan Fuel Cell Energy och Fraunhofer IKTS. Dessa har tillsammans bildat företaget Fuel Cell Energy Solutions (FCES) och kommer ha produktion i tyska Ottobrunn (tidigare MTU Onsite Energys lokaler). Marknaden i Asien når Fuel Cell Energy genom sitt samarbete med POSCO Energy. Fuel Cell Energy satsar också stort på den inhemska amerikanska marknaden, där man ser Kalifornien som den största marknaden och då speciellt användning av biogas som bränsle. Biogasen produceras vid kommunala vattenreningsanläggningar eller vid livsmedelsproduktion, exempelvis bryggerier och från avfall från lantbruksindustrin. Världens hittills största bränslecellsanläggning, 2,8 MW, som drivs av biogas producerad på plats i Inland Empires kommunala reningsverk i Kalifornien [Fuel Cell Energy] I Kalifornien invigdes i oktober 2012 världens hittills största bränslecellsanläggning som körs på biogas som produceras direkt på plats. Anläggningen som finns vid Inland Empires kommunala vattenreningsanläggning i Kalifornien är på 2,8 MW. Totalt i Kalifornien finns idag 17 MW MCFC installerat. I slutet av 2012 meddelade Fuel Cell Energy att de kommer att leverera en 14,9 MW MCFC-anläggning till företaget Dominion som ska 7

16 placeras i staden Bridgeport i Connecticut. Anläggningen kommer att gå på naturgas och ska leverera el motsvarande behovet för amerikanska hem. I avtalet ingår också 15 års service och underhåll. 8

17 3.3 Fastoxidbränsleceller (SOFC) Fastoxidbränsleceller (SOFC) har stor potential att nå hög elverkningsgrad vid mycket låga emissioner. De är högtemperaturbränsleceller med en arbetstemperatur från ca 600ºC upp till 1000ºC, i regel med keramiska material i stacken. SOFC är intressant som energiomvandlingsteknik inom många olika områden bland annat eftersom den höga temperaturen gör SOFC mindre känslig för föroreningar och därmed ganska flexibel för val av bränsle. Idag är de flesta SOFC-anläggningar ganska små; runt 1 till 10 kw e. Ett stort undantag är Bloom Energy som levererar stora anläggningar baserade på 200 kw e -stackar. Det är dock fortfarande en hel del mystik kring Bloom Energy i USA eftersom deras utveckling till största delen är baserad på privat kapital och väldigt lite material finns publicerat. Deras SOFC är utvecklad för elproduktion, och den producerade värmen används i huvudsak för reformeringsprocessen internt i stacken. Produktionslinje för SOFC celler hos Bloom Energy USA Forsknings- och utvecklingsfrågorna inom SOFC-området handlar främst om reducering av tillverkningskostnaderna och reduktion av prestandadegradering. Ett viktigt område är också uppskalningsteknik. Det har visat sig vara svårare än väntat att skala upp stacken från några kw e till flera hundra kw e. Detta beror främst på ojämn fördelning av luft och bränsleflöde genom stacken och över enskilda celler vilket försvårar stackens kylning. Forskare vid Harvard har påvisat att en SOFC, med vanadinoxid i anoden, kan lagra en viss mängd elektrokemisk energi, d.v.s. fortsätta att producera en viss effekt även efter det att bränslet tagit slut. Vid Huazhonguniversitetet har produktionsmetoden med plasmasprutning av SOFC celler vidareutvecklats. I Nature Scientific Reports har det rapporterats att en oxidhybrid uppvisar en överlägsen katalytisk aktivitet för syrereduceringsreaktioner. Hos flera tillverkare pågår det utveckling av helmetalliska SOFC. Genom att ersätta spröda keramiska komponenter med formbara metalliska konstruktioner vill man undvika sprickbildning vid last- och temperaturskifte. TOFC Topsoe Fuel Cells i Danmark utvecklar i samarbete med Risö-DTU en metallisk SOFC cell. I Japan hade bränsleceller för småhus installerats i slutet av De flesta är PEFC men 800 är SOFC med en effekt av 0,7 kw e från olika tillverkare. Alla har dock SOFC-stackar från Kyocera. Mitsubishi i Japan 9

18 utvecklar med helt annan teknik ett 250 kw e -system med tubformiga celler som är sammankopplade med en gasturbin i samma process.. På längre sikt har Mitubishi planer på trippel-kombinerade system (SOFC, gasturbin och ångturbin) på upp mot 1200 MW el (med en LHV elverkningsgrad på upp mot 75 %) samt system kombinerade med förgasning av kol på 700 MW el (med en LHV elverkningsgrad på ca 60%). I SECA-programmet i USA fokuseras utvecklingen på stora SOFC-stackar i multi-mw-klass som ska kunna användas i stora kraftverk baserade på kolförgasning eller naturgas. SECA-programmet har också en forskningsdel som är ägnad åt speciella FoU-insatser inom SOFC-området. Från USA kan nämnas att LG från Korea har tagit över Rolls Royce SOFC-program. Ceramic Fuel Cell Limited (CFCL) från Australien med tillverkning i Tyskland har utvecklat en liten SOFC-anläggning (1,5kW e ) som har mycket hög elverkningsgrad för sin storlek; 60 %. De har ca 200 anläggningar i drift och en stor orderstock. Bilderna ovan visar till vänster Bluegen SOFC från CFCL som har en elverkningsgrad på 60 %. Storleken är ungefär som en tvättmaskin. Bilden till höger visar en vägghängd SOFC från Vaillant med en stack från Staxera. Det finns flera svenska företag som utvecklar material för SOFC-stackar. Både Sandvik och Höganäs deltar i EU-projekt inom området. AB Volvo undersöker möjligheterna att använda SOFC som APU-enheter i stora lastbilar. Under 2012 förväntas 20 MW SOFC-system att levereras till kund, att jämföras med 1,3 MW under kw e SOFC San José, Kalifornien installerad 2009 hos Ebay av Bloom Energy. Ebay hanterar värden på USD/s vilket gör att tillgängligheten är oerhört viktig. 10

19 3.4 Portabla tillämpningar av bränslecellstekniken En stark drivkraft för användning av mikrobränsleceller inom portabel elektronik är efterfrågan på längre driftstid. Spridningen av trådlösa nätverk i inomhus- och utomhuslokaler gör att konsumenten söker efter lösningar som inte är bundna av det fasta elnätet för att få strömtillförsel. Bränslecellen, som är ett bra komplement till dagens batterier, kan leverera omedelbar energi till de små elektroniska enheter som blivit en del av en modern livsstil. Portabla bränsleceller har tagit ett stort steg in i en kommersialiseringsfas med flera nya produkter som lanserats under De flesta av dessa är små enheter för laddning av mobiltelefoner samt något större för elförsörjning i husbilar och husbåtar. Med portabla bränsleceller menas här att de har en effekt på upp till 250 W och är gjorda för att förflyttas. En av de största frågorna för branschen är vilket bränsle som ska användas. Trots att väte är det bränsle som används i bränslecellen finns det flera sätt att försörja den med detta; reformat av metanol, butan, propan eller andra kolväten, metallegeringar som reagerar med vatten och bildar vätgas, eller trycksatt vätgas i metallhydrider. De olika bränslena ger olika energidensitet volymetriskt och gravimetriskt, men det finns även andra aspekter som vattenberoende, säkerhet och kostnad. Det finns flera användningsområden för portabla bränsleceller, där de mest framträdande är militära, för fritidsaktiviteter och industriella. Eftersom portabla bränsleceller inte får statliga subventioner, vilket transport och stationära bränsleceller ofta får, är den militära tillämpningen viktig som finansiering för teknikutvecklingen inom området. Den amerikanska militären är mest pådrivande, och de har tilldelats mål för hur mycket de ska investera i bränslecellsteknik, där portabla oftast är det mest aktuella. För militära tillämpningar tillkommer krav som annars inte är lika högt prioriterade, framförallt värmestrålningsprofil och låg ljudnivå. Eftersom systemen är relativt dyra idag, runt SEK för en bränslecellsbatteriladdare, är huvudmarknaden i Nordamerika, Europa och delar av Asien. På längre sikt när priserna beräknas minska betydligt finns en mycket stor marknad i utvecklingsländer, där mobilnätet är betydligt mer utbyggt än elnätet till konsumenter. Även om bränslecellen sjunker väsentligt i pris är det flera typer av bränslen där en motsvarande kostnadsminskning inte är att vänta. Detta eftersom bränslecellerna använder en relativt omogen teknik medan bränslena i vissa fall är metallegeringar med låga tillverkningskostnader redan idag. Dessutom 11

20 kommer de användas under betydligt längre tid än vad de initiala användarna kräver, då elnätet antingen inte är utbyggt alls eller är otillförlitligt. För att portabla bränsleceller ska vara attraktiva i utvecklingsländer krävs alltså en bränslelösning som kan göras billig, men även kraven på livslängd skiljer sig från de initiala användningsområdena på grund av den ökade nyttjandegraden. I delar av Afrika ersätts ofta datorer med smartphones, samtidigt som energibehovet för användningen av dem ökar till följd av nya funktioner och applikationer. Samtidigt ökar tillgången på billiga smartphones från asiatiska tillverkare. Ett bristfälligt elnät och den ökande energiåtgången i telefoner kombinerat med att allt fler får tillgång till smartphones är det som gör exempelvis södra Afrika till en lovande framtidsmarknad för portabla bränsleceller. I rapporten om portabla bränsleceller finns 27 företag beskrivna och analyserade som enbart tillverkar portabla bränslecellssystem. Utöver dessa finns 17 beskrivna större elektronikföretag som delvis arbetar med bränslecellssystem. 14 företag som bara arbetar med bränslelösningar finns även beskrivna. Tillverkarna är relativt jämnt fördelade mellan Nordamerika, Europa och Asien med stycken i varje land. Den största andelen bränsleceller är PEFC, vilka står för ungefär hälften. Andra är exempelvis DMFC, direktmetanolbränsleceller. MyFC är ett svenskt företag som arbetar med mikrobränsleceller och som nyligen har lanserat en elektronikladdare. Intertek har bl.a. test och provning av mikrobränsleceller i Sverige. Den svenska delen av Intertek är vald att vara centrum för bränslecellstjänster inom Intertek. Intertek ser ett stort behov av kunniga personer inom bränslecellstekniken för att kunna behålla sin testverksamhet i Sverige. myfc Powertrekk En bränslecell som är laddare för mobiltelefoner med USB-anslutning. Den finns idag kommersiellt tillgänglig. 12

21 3.5 Traktionära tillämpningar av bränslecellstekniken Transportsektorn måste utvecklas så att transporter och mobilitet kan genomföras på ett långsiktigt uthålligt sätt. För fordonstillverkaren och fordonsanvändaren erbjuder bränslecellstekniken en viktig möjlighet att ta hänsyn till hållbarhetskraven utan att tumma på kraven på fordonets prestanda, komfort och mångsidighet. Bränslecellsbilar använder normalt polymerbränsleceller (PEFC) och tankar trycksatt vätgas. De använder dessutom traktionära batterier av ungefär samma skäl som andra hybridbilar. För tyngre fordon utvecklas bränsleceller för elproduktion till kringsystem i fordonen, exempelvis då de står parkerade. Fram till 2015 siktar Hyundai på att tillverka upp till fordon. Efter 2015 är planen att volymen tillverkade bränslecellsfordon ska uppgå till flera tusen per år. Till 2025 ska Hyundai ha levererat bränslecellsfordon och då ska tekniken vara fullt konkurrenskraftig. Till 2015 visar en roadmap för tankstationer för vätgas i Korea att 43 stationer ska vara etablerade. År 2030 ska antalet vara uppe i 500 stationer. Region Skåne har gjort den första svenska upphandlingen av bränslecellsfordon. Två Hyundai ix35 FCEV har inköpts för leverans under Även Köpenhamn har köpt 15 sådana bilar. Under de närmaste åren ska också tre tankstationer för vätgas etableras i Köpenhamnsområdet. I januari 2012 beslutade California Air Resources Board om det nya regelpaketet Advanced Clean Cars. Det omfattar tre delar; avgasutsläpp och växthusgaser, Zero Emission Vehicle Program, samt Clean Fuels Outlet. De båda sistnämnda är av stor betydelse för bränslecellsfordonsintroduktionen. Kopplat till regelpaketet visas introduktionsscenarier, jämför Figur 1. Figur 1: Scenario för Kaliforniens Advanced Clean Cars program (källa CARB) Amerikanska Department of Energy slutrapporterade försök med mer än 180 bränslecellsbilar under 2005 till Sammantaget gjorde dessa bilar mer än en halv miljon resor och de tankades mer än gånger. Projektet har överträffat förväntningarna och mött i princip alla uppsatta mål. 13

22 Figur 2: Toyota FCV-R concept Mercedes-Benz leasar ut cirka 200 bilar till utvalda användare. BMW och Toyota har inlett samarbete om bland annat bränsleceller. Toyota har presenterat en ny bränslecellsstack, ett nytt konceptfordon (se Figur 2) och anger försäljningsstart till Stacken ryms nu under förarsätet. Honda utlovar nytt bränslecellsfordon till Nissan har visat upp ny stack och en konceptbil med denna, se Figur 3. Samarbete med Daimler diskuteras. Figur 3: Stackar generation 2005 och 2011 Sammantaget så har situationen för bränslecellsfordon inte förändrats så mycket sedan föregående rapport. Tiden kvar tills bränslecellsfordon ska levereras i många tusental är nu bara ett par år och om inget händer snart på infrastrukturfronten lär det bli svårt, både att hitta köpare till, och drivmedelsförsörja så många fordon. 14

23 3.6 Tillämpningar av bränsleceller i Sverige Det finns flera olika områden där bränsleceller med fördel kan komma att användas i Sverige. KTH och Grontmij har i samarbete speciellt studerat olika användningsätt och förutsättningar för att använda biogas till bränsleceller i Sverige. Ett annat exempel som studerats är att använda bränsleceller som reservkraft i datorhallar Gårdsbaserad biogas för bränsleceller SLU:s biogasanläggning i Lövsta öster om Uppsala. Samrötning sker av i huvudsak gödsel och grödor. Biogasen används orenad för elproduktion i en gasmotor. Foton: Per Alvfors Vid Energiprocesser på Kemiteknik på KTH arbetar en doktorand med ett projekt där integration av gårdsbaserad biogasproduktion med en kraftvärmeanläggning på gården för produktion av el och värme studeras. Kraftvärmeanläggningen som studeras är uppbyggd kring en PEMbränslecellsstack. Att välja vilken gårdsstorlek, som bör utgöra basen för en sådan här studie, är ett val med flera randvillkor. Dels vill man gärna studera en så stor gård som möjligt för att förbättra ekonomin, dels vill man att gårdsstorleken ska vara rimlig och motsvara verkliga gårdar. En aspekt att tänka på är att den bör passa till ett visst antal mjölkrobotar. Den studerade gården har 300 mjölkkor, 180 kvigor och 120 kalvar och detta definierar råvarubasen i form av gödsel för biogasproduktionen liksom elbehov för mjölkning mm. Biogasen reformeras till vätgas och används i bränslecellsanläggningen för el- och värmeproduktion. En viktig fråga är om gården kan göras självförsörjande med el och värme från boskapen. Hittills har den integrala energibalansen över ett år fastställts och man fann då att det inte är några problem att förse gården med den el och värme som krävs, baserad på biogas från producerad gödsel. I nästa steg i arbetet kommer en dynamisk modell att skapas för att avgöra hur lastkurvor för el- och värmebehov på gården kommer att kunna matchas mot 15

24 producerad el och värme från kraftvärmeanläggningen. Det kan förväntas att elbehovstopparna vid mjölkning kommer att vara av stor betydelse för hur väl gården även effektmässigt kan vara självförsörjande. Två olika projektarbeten i kursen Processdesign för industri och samhälle har utförts vid Kemiteknik på KTH. Kursdeltagarna går sista året på civilingenjörsutbildningen och en del har kemiteknisk och en del bioteknisk bakgrund. I det ena projektet studerades en mindre gård med 70 kor och kombinationen med ett PEM-bränslecellssystem enligt Powercells teknik. Ingen integration med gårdens behov av el och värme studerades utan endast ett elproduktionspris beräknades. Som väntat är det svårt att få ekonomi i anläggningen i Sverige, mycket beroende på det relativt låga elpriset i Sverige. I projektet gjordes jämförelser med etablering av systemet på motsvarande gårdsstorlek i några andra länder inom EU, och man fann att det fanns möjligheter att få ekonomi i en sådan anläggning i vissa länder, främst beroende på ett högre elpris. Ett annat intressant resultat är att det inte är investeringen i bränslecellssystemet som gör det svårt att få ekonomi i anläggningen utan rötningsanläggningen som kräver en stor investering. I det andra projektet studerades en större anläggning med 140 kor där även spill från spannmålsproduktion och energigrödor samrötas med gödsel. Där används en större MCFC-bränslecell på 100 kw e alternativt 300 kw e. Här fanns det möjligheter att få ekonomi i investeringen för den större bränslecellsanläggningen. Även här konstaterar man att den största posten i investeringen är rötningsanläggningen. En vetenskaplig artikel har publicerats i Elseviers tidskrift International Journal of Hydrogen Energy, där Suat Sevencan, doktorand på KTH, är huvudförfattare med medförfattare från KTH och Grontmij. Artikeln har titeln Fuel Cell based cogeneration: Comparison of electricity production cost for Swedish conditions. I arbetet har modellen från Elforskprojektet El från nya anläggningar använts för att uppskatta produktionskostnaden för el från bränsleceller under svenska förhållanden nu och om ca 10 år. Beräkningarna bygger på uppskattade kostnader, livslängder, verkningsgrader etc för bränsleceller år 2010, respektive prognostiserade värden för år Två typer av system har studerats: dels mindre system för enskilda hushåll på några kw el baserade på PEMFC, dels större högtemperatursystem för större byggnader, köpcenter, industrier, sjukhus etc på hundratals kw baserade på MCFC. Det har antagits att systemen drivs med biogas, förutom i ett fall där bränslet har antagits vara rest-vätgas, och priset på biogas har antagits följa priset på naturgas. Vidare har ett värde för den producerade värmen tagits med i kalkylen. Resultaten visar att kostnaden för el idag skulle vara ca 3 kr/kwh el från ett större MCFC-system, och ca 4 kr/kwh el från de mindre PEMFC-systemen. Kostnaden består till ungefär lika delar av kapitalkostnad, bränslekostnad respektive drift och underhåll. Kostnaden för drift och underhåll är grovt uppskattad men har en oväntat stor betydelse för resultatet, och det finns sannolikt möjlighet att kraftigt minska den vid en mer storskalig introduktion av bränsleceller. Detta är något som bör studeras ytterligare. Beräkningarna visar vidare att potentialen för en framtida minskning av produktionskostnaden för el med bränsleceller är mycket stor. Om prognoserna om minskningar av produktionskostnader och ökning av 16

25 livslängd och elverkningsgrad uppfylls kommer kostnaderna att mer än halveras till år Bränsleceller som reservkraft till datorhallar Datorhall med batteribackup Ett område där bränsleceller kan komma att användas i Sverige är som reservkraft för till exempel datorhallar och telekomsystem. Antalet datorhallar växer kraftigt världen över idag med cirka 15 % per år och ökningen väntas fortsätta. Ett datacenter eller en datorhall är en plats där det fysiskt finns ITutrustning, servrar, datorer etc. Det finns idag ca 33 miljoner servrar i mer än olika datorhallar. Datorhallar kräver mycket energi, elkraft för att driva servrarna och dessutom måste anläggningen kylas eftersom servrarna avger mycket värme. Idag används ca 1,5 % av världens elproduktion till datorhallar. Ett enkelt rack i en servergrupp använder ca 4 kw e /m 2 golvyta. Detta gör att efterfrågan på miljövänliga datorhallar med effektiv elproduktion efterfrågas allt mer. En biogasdriven MCFC 250 kw e levererar el till T-Mobiles datacenter i München, Tyskland. Spillvärmen från bränslecellen i form av avgaser vid 380 C matas direkt till en Thermax absorptionskylmaskin för att leverera 150 kw kylning. I USA och Tyskland används i många fall bränsleceller som då i regel används parallellt med elnätet. De använder naturgas eller i flera fall biogas som bränsle. Då används till exempel 400 kw e PAFC från UTC Power eller MCFC från Fuel cell Energy eller MTU. I vissa fall är anläggningarna upp till flera MW e. Daniel Salomonsson på Grontmij har tidigare publicerat ett arbete om möjligheterna och fördelarna med att använda likström i datorhallar Comparison of Different Solutions for Emergency and Standby Power Systems for Commercial Consumers. Under året har kontakter tagits med flera företag bland annat Coromatic som är en svensk tillverkare och 17

26 uppförare av datorhallar. De levererar ett 50-tal anläggningar i Sverige varje år. Intresset är stort i Sverige, bränslet för bränslecellerna är en viktig fråga. Det är en stor fördel om det finns tillgång till biogas för användaren av datorhallen. Naturgas eller vätgas är andra vanliga bränslen för reservkraften. Sverige har globalt sett många datacenters. Den största datorhallen i Sverige idag är IKEAs vilken har en effekt på 3,5 MW e. Det byggs nu ett extremt stort datacenter i Luleå som tillhör Facebook. Denna datorhall kan komma att behöva en effekt på 120 MW e. De kommer installera dieslar som reservkraft, totalt 30 st dieseldrivna generatorer på vardera 8 MW e. De flesta datacenter i Sverige idag har en installerad effekt från 50 kw e upp till MW-storlek. Att använda bränsleceller som reservkraft för datorhallar kan ge många fördelar. I datorhallar används likström vilket gör att bränslecellerna får ännu högre verkningsgrad eftersom det inte krävs någon växelriktare. PAFC- och MCFC-bränsleceller arbetar vid sådan temperatur att de kan driva absorptionskylare som då kan användas för att kyla datorhallen. 18

27 3.7 Arbetsseminarium: Batterier och bränsleceller Som en del av teknikbevakningsprojektet anordnas seminarium eller workshops inom relevanta områden för bränslecellstekniken anordnade Vätgas Sverige och Intertek ett seminarium som samordnades med projektet ROBUST. Det ägde rum i Powercells lokaler på Ruskvädersgatan i Göteborg. Syftet med seminariet var att ge en balanserad och faktabaserad bild av batteriers respektive bränslecellers styrkor och svagheter under olika förutsättningar. En deltagarlista finns bifogad till denna rapport. ROBUST är ett av Powercells projekt där företaget tillsammans med FOAB, Vätgas Sverige och Västra Götalandsregionen har tagit fram en bränslecellsanläggning baserad på Powercells och FOABs teknik. Enheten är på 2,5 kw e och den är nu installerad på Göteborgsoperan som ett demonstrationsprojekt. Dagen var upplagd med 20-minuterspresentationer med teknisk inriktning, vilket följdes av att Powercell gav en rundtur i sina laboratorier där bland annat reservkraftsystemet ROBUST och ett APU-system visades. Dagen avslutades med en paneldiskussion där även åhörarna gavs utrymme i diskussionen. Huvudfrågorna under seminariet var: Vad ersätter bränslecellssystemet för energilagring? Vilka bränslen kan användas? Hur bör systemdimensionering och utformning för reservkraft se ut i Sverige? Vad skapar de marknadsmässiga förutsättningarna för att ersätta batterier? En av frågorna vi ville reda ut på seminariet var vad bränslecellerna är tänkta att ersätta för energilager i respektive applikation. Svaren var blandade, och för portabla system ersätts såväl laddningsbara som engångsbatterier, som annars skulle använts för att ladda personlig elektronik. Kostnaderna för de portabla systemen antas gå ner, men det kommer inte bli en produkt för den breda massan i utvecklingsländer, utan snarare en växande medelklass i exempelvis Kina som dras med instabila elnät. I Sverige byts framförallt dieselaggregat och blybatterier ut när bränsleceller installeras. 19

28 De miljömässiga vinsterna med detta är att risken för läckage av bly minskar, samt att koldioxid, NOx, partiklar och svavel minskar. Bränslecellssystem använder dock i regel även batterier eftersom de har en uppstartningstid på någon halvminut. Bränslecellen kan antingen använda ren vätgas, i regel i tryckkärl, eller ett reformerat bränsle. I samtliga fall är det vätgas som driver cellen, men för de reformerade bränslena omvandlas väterika bränslen till väte innan bränslecellen. När det gäller systemutformning var generering av vätgas lokalt vid platser som kräver reservkraft en fråga som diskuterades. Eftersom vi har få elavbrott i Sverige, men ibland relativt långa, kan vätgas passa in bra för reservkraft i mobilnätet och för elnätets ställverk med mera. Möjligheten att producera vätgas på plats med förnybar el och en elektrolysör är mer aktuell i länder med frekventa elavbrott. Att använda ett reformerat bränsle kan vara attraktivt eftersom det är billigare att hålla större volymer av andra bränslen än vätgas lagrade och att distribuera det om det snabbt behöver fyllas på. Samtidigt ökar det komplexiteten i reservkraftsystemen och därmed även kostnaden. Ökade krav på den tid reservkraft ska kunna förse samhällskritiska funktioner med el är en global trend som har stor inverkan på hur pass marknadsmässig bränslecellsteknik är i de applikationer som seminariet berörde. I Sverige har vi höga sådana krav på elnätskomponenter, men låga för mobiltelefoni. Den perfekta applikationen för bränsleceller är där energibehovet är stort men effektbehovet lågt. Vissa sådana applikationer finns idag, men bränslecellstekniken öppnar även för nya produkter och systemlösningar i och med att denna typ av energilagring tidigare varit svår eller omöjlig. 20

29 3.8 Konferensbevakning Fuel Cell Seminar Fuel Cell Seminar arrangeras årligen i USA och räknas som den ledande konferensen inom bränslecellsområdet. Fuel Cell Seminar 2012 arrangerades den 5-8 september 2012 i Mohegan Sun Casino i Connecticut USA. För första gången på 5 år så ökade antalet deltagare på konferensen. Det var nu totalt betalande besökare. Flera av de stora amerikanska bränslecellsföretagen har sin tillverkning i närheten, till exempel Fuel Cell Energy, UTC Power, Plug Power, Proton OnSite och Delphi. Det var ett antal deltagare från Sverige, till exempel: Grontmij, LTH Lund, SAAB i Huskvarna, Sandvik och Impact Coatings. Sandvik hade en monter i utställningen. Konferensen hölls endast ett par dagar efter orkanen Sandys härjningar på USAs ostkust och vid flera tillfällen visades exempel på att trots omfattande strömavbrott så fungerade bränslecellerna. Det var ett större fokus på vätgas än tidigare konferenser med flera sessioner som var helt inriktade på infrastruktur, produktion och lagring av vätgas. En orsak till detta kan vara att Proton OnSite som tillverkar PEFC elektrolysörer var en av konferensens huvudsponsorer. Det var också en större uppslutning från transportsidan än tidigare. Överenskommelsen mellan biltillverkarna att ha färdiga serietillverkade bränslecellsbilar framme 2015 bekräftades av industrin. Toyota hade en stor utställning och flera olika tillverkare var med i Ride & Drive. Som kuriosa kan nämnas att ett universitet hade installerat bränsleceller på ett T-Ford chassi. Nu har den storskaliga utvinningen av skiffergas eller Shale gas påbörjats. Naturgaspriserna har sjunkit kraftigt från 13 USD/MMBTU till idag ca 3,5 USD/MMBTU. Priset är numera helt frikopplat från oljepriset. Naturgasen har kommit tillbaka. Den storskaliga utvinningen av skiffergas i USA ger helt nya förutsättningar för energimarknaden i USA. För bara några år sedan så planerades importterminaler för LNG i USA. Nu finns det kända naturgasfyndigheter som kan täcka behovet i USA i mer än 100 år. Skiffergas utvinns idag i 32 delstater i USA. Detta är bra för bränslecellsindustrin, men kanske inte så bra för utsläppen av växthusgaser och den lokala miljön. 21

30 Från SECA-programmet kan nämnas att LG från Korea har tagit över majoriteten av Rolls Royces bränslecellsbolag. Budgeten för SECA-programmet har halverats från föregående år och är nu 25 MUSD. Det är kanske inte så dramatiskt, eftersom en del bolag har lämnat programmet bland annat Siemens- Westinghouse och General Electric. USA känner pressen från Europa och Asien att de inte får komma efter i utvecklingen av kommersiell teknik inom vätgas- och bränslecellsområdet. Länder som Japan, Korea och Tyskland kan i nuläget vara före USA. Den föreslagna budgeten till kongressen för vätgas och bränsleceller är för nästa år i samma storleksordning som tidigare, dvs. 104 MUSD för US Hydrogen program och 25 MUSD för SECA-programmet. En del andra speciella punkter att nämna: Leveranserna av stationära bränsleceller fördubblades från 2010 till Under 2011 skeppades 81 MW e, enligt Fuel Cell Today Idag ges inte så stora löften om framtiden som tidigare men volymerna av sålda och levererade bränsleceller ökar kraftigt. UTC Power PAFC och Fuel Cell Energy (MCFC) kan idag i USA leverera bränsleceller med kommersiella garantier så att kunderna på grund av olika subventionssystem har en rimligt kort återbetalningstid. Under konferensen annonserades en mycket stor order till Fuel Cell Energy från Korea. Kontraktet är på 181 MUSD och omfattar 121,8 MW e MCFC som ska levereras fram till och med Bloom Energys stora SOFC i upp till multi-mw anläggningar nämndes vid flera tillfällen, men företaget höll inga egna presentationer. På PEFC-sidan fortsätter succén med gaffeltruckar; det nämndes att mer än gaffeltruckar med bränsleceller är beställda. Tax credit-systemet för bränslecellsinvesteringar i USA fortsätter med USD/kW e eller högst 30%. Det finns ett förslag att höja den siffran till 50 % av investeringen Japans imponerande program ENE-farm för småskalig kraftvärme har nu mer bränsleceller sålda varav 800 SOFC och resten PEFC. En hel session tillägnades Borohydride fuel cells Proton Onsite planerar att ha en 2 MW e PEFC-elektrolysör färdig år

31 3.8.2 World Hydrogen Energy Conference World Hydrogen Energy Conference, WHEC, är en av de största vätgas- och bränslecellskonferenserna i världen. Den samlar såväl företag som offentliga organisationer och övriga inom branschen. Konferensen består av övergripande sessioner som är mer allmänna till karaktären och inte speciellt tekniskt inriktade, men eftersom huvudsponsorerna också presenterar här varierar detta något. Merparten av konferenstiden består dock av parallella tekniska sessioner på olika teman med allt från nya rön inom materialvetenskap som är aktuella för bränsleceller, till affärsmodeller och infrastrukturuppbyggnad. Flera sessioner berör den hype som tidigare förekommit inom bränslecellsområdet. Detta visar att ett bekvämt avstånd börjar uppstå till denna, samtidigt som behovet av att förklara varför det inte kommer ges orealistiska utfästelser vid kommersialisering av bränslecellsprodukter. Att en sådan diskussion förs känns rimligt och sunt för hela industrin, eftersom det manar till eftertanke i expansions- och marknadsföringsfasen hos företag. Japans och Tysklands kärnkraftsavvecklingsplaner har satt sina spår i agendan, i och med att interaktionen mellan vätgasteknik och förnybar energi, ofta i form av storskalig energilagring, blivit allt mer tydlig. Även naturkatastrofer som drabbat Japan och USA har påvisat behovet av vätgas och bränslecellsteknik i form av backupkraft med långa drifttider och hög driftsäkerhet. Denna typ av nischer visar att företag allt mer fokuserar på den verkliga affärsnyttan och ekonomiska vinningen i produkter redan nu, snarare än bara i framtiden. Inom dessa nischprodukter finns även en marknad i utvecklingsländer; ett indiskt oljebolag presenterade förutsättningar för reservkraft till mobilbasstationer där dieselaggregat för dessa är den näst största dieselförbrukaren i Indien på grund av det instabila elnätet. Allt fler presentationer fokuserar på kommersialiserbarhet och prisnivåer, när det gäller allt från lågtryckstankar till fordonssystem. Detta är en del av det som kan observeras i hela bränslecellsbranschen; förändringar för att kunna möta prisreduktionsefterfrågan, bland annat genom konsolidering. Såväl stack- och systemtillverkare som fordonstillverkare arbetar allt mer i utvecklingssamarbeten; Toyota- BMW, Nissan-Daimler-Ford med flera. I och med att 2015, då flera stora biltillverkare kommunicerar att de kommer serietillverka fordon, nu i det närmaste är runt knuten, behandlar även flera sessioner infrastrukturuppbyggnad. Flytande vätgas är ett alternativ som diskuteras för stora leveranser, medan elektrolys har en intressant interaktion med elnätet. Logistiska förslag togs upp som innefattar totallösningar med 23

32 tankstationsutformning och kostnad utefter vilket bränsle som väljs. För elektrolys är fokus till stor del på högt tryck direkt från elektrolysören; från dagens ungefär 30 bar upp mot 100 bar. Detta kan potentiellt minska kompressionsdimensioneringen och energiåtgången för trycksättning, vilket sänker såväl investeringskostnaden som driftkostnader. 24

33 3.9 Bränslecellsaktiviteter inom IEA och EU IEA Advanced Fuel Cells, speciellt Annex 25 stationära bränsleceller IEA är en OECD-organisation som bildades i samband med oljekriserna då oljepriset chockhöjdes när de oljeproducerande länderna gick samman i OPEC för att kunna bibehålla ett högre oljepris. IEAs uppgift var då att finna möjligheter att effektivt kunna bemöta eventuellt kommande oljekriser. Flera åtgärder vidtogs med syfte att reducera beroendet av import av olja från OPEC-länderna, till exempel En mer effektiv användning av råoljan Att ha kontroll över var och hur mycket olja det finns Hitta alternativ till olja. Inom IEA bildades också forskargrupper och nätverk så kallade IA, Implementing Agreements där intressenter inom OECD-länderna bildade nätverk och arbetade tillsammans för att nå de av IEA uppsatta målen. Det gällde speciellt att utveckla tekniker som inte är direkt beroende av oljan däribland kol, olika former av biobränslen, solenergi, vindkraft, vattenkraft, vätgas, bränsleceller mm. Även fusion har fått ett stort utrymme. IEA har sitt säte i Paris, Frankrike. Idag är IEA ofta känt för att de regelbundet publicerar: WEO, World Energy Outlook, som beskriver olika scenarier inom energiområdet ETP, Energy Technology Perspectives, som mer långsiktigt beskriver olika nya tekniker och scenarier för utvecklingen inom energiområdet Länderrapporter och andra specialrapporter inom energiområdet. Det finns idag ett 40-tal olika IAs och Sverige deltar i flera IAs.. IEA Advanced Fuel cells och IEA Hydrogen är två av dessa. Andra IA där Sverige är en aktiv medlem är till exempel IEA Bioenergy, IEA PVPS (solceller) och IEA Advanced Motor Fuels. Sveriges deltagande i olika IA beslutas av Näringsdepartementet. I nedanstående bild beskrivs var ett urval av IA hör hemma och då speciellt IEA Advanced Fuel Cells Annex 25 stationära bränsleceller och IEA Hydrogen Task 30 Global Hydrogen Systems Analysis, som båda beskrivs mer i detalj i denna rapport. Sverige är genom Bengt Ridell, Grontmij AB, Operating Agent för Annex 25 stationära bränsleceller. Annex 25 har som huvuduppgift att studera frågor som ska underlätta införandet av stationära bränsleceller i olika länders energisystem samt att studera den tekniska utvecklingen och marknaden för sådana bränsleceller. Bland deltagarna finns tillverkare av bränsleceller och system, användare, kraftbolag, forskare samt finansiärer. 25

34 Mer detaljerad information finns på Det finns 6 olika Annex inom IEA Advanced Fuel Cells Implementing Agreement. I tabellen syns Operating Agent, (ordförande) och officiella svenska deltagare. Operating Agent Svensk deltagare Annex 22 PEFC Argonne NL, USA Lars Pettersson, KTH Annex 23 MCFC Kist, Korea Göran Lindbergh, KTH Annex 24 SOFC VTT, Finland Bengt Sundén, LTH Annex 25 Stationary Grontmij AB Sverige Bengt Ridell, Grontmij AB Annex 26 Transport Argonne NL, USA Azra Selimovic, Volvo Annex 27 Portable FZJ Jülich, Tyskland Eva Fontes, Intertek Arbetet inom Annex 25 är uppdelat på olika delområden, exempelvis: Olika förnybara bränslen för bränsleceller Marknadsutveckling för stationära bränsleceller Små bränsleceller för bostäder Utveckling av kringutrustning för bränslecellssystem. För närvarande är små bränsleceller för bostäder ett mycket omdiskuterat ämne, där Annex 25 tar fram olika förutsättningar och studerar möjligheterna för bränslecellerna att vara miljömässigt och ekonomiskt bärkraftiga. Annex 25 har expertmöten minst två gånger per år ibland i samband med större konferenser till exempel Fuel Cell Seminar i USA eller hos någon deltagare där det kan finnas möjligheter till studiebesök. Intresset för IEA Advanced Fuel Cells har ökat. Det finns 16 länder som är medlemmar i IEA AFC, Israel och Kina tillkom under Detaljerad information om verksamheten finns på 26

35 3.9.2 IEA Hydrogen och Task 30 Global Hydrogen Systems Analysis IEA Hydrogen var ett av de första Implementing Agreements som bildades. Verksamheten startade redan Visionen för IEA Hydrogen är en ren hållbar energiförsörjning där vätgas har en nyckelroll som energibärare. Medlemmar i IEA Hydrogen är 25 länder och ytterligare några organisationer såsom EU JRC och UNIDO. Av speciellt intresse är de Case Studies som är genomförda av IEA Hydrogen. Det är olika demonstrationsprojekt inom vätgasområdet som är beskrivna i detalj och i de flesta fall noggrant utvärderade. Rapporterna finns tillgängliga på hemsidan för IEA Hydrogen: Det finns idag 12 olika Tasks eller arbetsgrupper som är aktiva. Till skillnad från flera andra Implementing Agreements är Tasks inom IEA Hydrogen unika och avslutas efter en bestämd verksamhetsperiod. Bland pågående Tasks kan nämnas de som behandlar säkerhetsfrågor respektive förnybar produktion av vätgas både från vind och bioenergi. Det finns en speciellt Task som behandlar olika system för att bygga upp infrastruktur för användning av vätgas som energibärare. Alla nya och gamla Tasks går att studera på hemsidan IEA Hydrogen Task 30 Global Hydrogen System Analysis. Syftet med denna Task är att samla relevanta data från olika länder, analysera och bedöma vilka möjligheter det finns i olika delar av världen att tillverka vätgas i stor skala. Sverige deltar i IEA Hydrogen Task 30 genom Grontmij AB. Den svenska verksamheten är helt finansierad av Energimyndigheten. Task 30 startades under 2010 och ska enligt planerna avslutas våren I arbetet med Task 30 görs en genomgång av vilka resurser det kan finnas i olika länder att tillverka vätgas samt vilken efterfrågan som kan komma att finnas. All data samlas i en databas och Sandia National Lab i Livermore i Kalifornien behandlar data i en modell baserad på POWERSIM. Syftet med modelleringen är att se var vätgas kommer att produceras och vilka internationella transportvägar som kan komma att utvecklas. Ett annat delområde är att göra en genomgång av olika metoder för att tillverka vätgas med avseende på teknik, verkningsgrader och ekonomi. Ett syfte med detta är att uppdatera IEA-publikationen som togs fram av IEA Hydrogen Coordination Group 2005 Prospects for Hydrogen and Fuel Cells. Task 30 har också som uppgift att förse analysgruppen vid IEAs huvudkontor i Paris med data om vätgas. De har ansvar att publicera World Energy Outlook, WEO, och Energy Technology Perspectives, ETP. Task 30 har direkt samarbete med IEAs analysgrupp i Paris med syftet att vätgas som energibärare kommer att vara med i både WEO och ETP. Minst en gång per år arrangeras möten mellan Task 30 och IEA i Paris. Det kan nämnas att i den senaste utgåvan av ETP behandlade för första gången ett helt kapitel vätgas som energibärare. Sveriges bidrag till Task 30 är främst kunskap inom bioenergiområdet och att samla data från Sverige och andra länder i Norden. Genom att vara med i Task 30 får Sverige en tidig och god inblick i vätgasens möjligheter att bli en viktig energibärare i framtiden. 27

36 3.9.3 EU: Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) EUs verksamhet inom bränslecells- och vätgasområdet är samlat sedan hösten 2008 inom ett så kallat JU, Joint Undertaking eller som det också benämnts JTI, Joint Technology Initiative. Utlysningar för programmet pågår under åren och omfattar totalt 940 MEUR varav EU- Kommissionen finansierar 470 MEUR. Verksamheten inom FCH JU styrs av ett Governing Board som har 12 medlemmar, 5 från Kommissionen, 1 från Forskningsgruppen och 5 från Industrigruppen. Den nuvarande överenskommelsen för FCH JU/JTI går mot sitt slut och den sjätte och sista utlysningen inom programmet gjordes i januari 2013 med deadline den 22 maj Finansieringen från Kommissionen görs via det sjunde ramprogrammet FP7 som avslutas under Nästa ramprogram, det åttonde, kallas Horizon 2020 och ska pågå under åren Från de fyra första utlysningarna finns det 61 projekt startade varav 6 är avslutade. Från den femte utlysningen är ytterligare 27 projekt godkända och utvalda för förhandling med Kommissionen. Det pågår nu ett intensivt arbete med att planera det åttonde ramprogrammet. Det finns planer och önskemål att fortsätta med att nytt FCH JU men ingenting är beslutat varken för detta eller för budgeten för Horizon Om forskning och demonstration inom området bränsleceller och vätgas ska fortsätta i sin nuvarande form som ett Joint Undertaking så krävs klara långsiktiga engagemang från den privata industrin och även från medlemsstaterna. En annan fråga är att den långsiktiga forskningen också bör få utrymme. Det har den inte fått i FCH JU. Fördelningen av finansiering för det pågående FCH JU ser ut så här: 28

37 Det finns svenska deltagare i 11 av de hittills startade 68 projekten och i programmets arbetsgrupper. Det är inom områdena Stationära system, Transport och Early markets. Ledare för projektet FCGEN är Volvo Technology AB. Det ska också nämnas att det finns en deltagare från Sverige i Scientific Committée, Lars Sjunnesson som tidigare arbetade för E.ON Sverige. Svensk deltagare i States representatives group är Energimyndigheten. Gruppen har medlemmar från 32 länder EU27 samt associerade länder. FCH JU har en egen websida som öppnades 2010 när den permanenta organisationen av programmet togs över från Kommissionen. Denna organisation kommer att fortleva flera år efter det att FCH JU officiellt är avslutat, så länge projekten fortfarande är i kraft. Här finns information om arbetet inom FCH JU, alla projekt, utlysningar, dokument, protokoll mm 29

38 4 Bränsleceller för Sverige Marknadsutvecklingen för stationära bränsleceller tog fart under 2011 och har fortsatt att expandera under Den globala leveransvolymen av stationära bränsleceller fördubblades i princip under 2011 jämfört med föregående år. Det gällde såväl stora som små kraftvärmeanläggningar och mindre vätgasdrivna PEFC som ersätter batterier i olika applikationer. Totalt skeppades ca 180 MW e bränsleceller under Marknaden har tagit fart av flera skäl. Ett av de viktigaste är förmodligen att tekniken är subventionerad på olika sätt i flera länder, exempelvis USA, Tyskland och Japan. Andra skäl är att kostnaderna och även priset har gått ner kraftigt i vissa fall samtidigt som flera leverantörer idag säljer bränslecellsanläggningar under kommersiella villkor med funktionsgarantier och servicekontrakt. Konkurrenskraften för bränslecellstekniken har därmed ökat. I Sverige är energipriserna relativt sett fortfarande låga samtidigt som tillgången på naturgas och biogas är begränsad. Detta gör att Sverige har svårt att vara en tidig marknad för bränsleceller speciellt för nätanslutna anläggningar. För svensk industri kan det dock vara viktigt att vara med nu när marknaden verkar ta fart. Det finns många prognoser om kraftigt ökande volymer. 4.1 Användningsområden i Sverige Bränsleceller konkurrerar med olika alternativa tekniska lösningar beroende på tillämpningsområde. Generellt sett ger dock bränslecellslösningar i förhållande till alternativen vanligen miljöfördelar i termer av hög elverkningsgrad, låga lokala emissioner och tyst drift. Även ur ett energiförsörjningsperspektiv är bränsleceller intressanta då de erbjuder stor flexibilitet i valet av primärenergi. I ett nationellt perspektiv har tillämpningar inom fordons- och IT/telekomindustrin förmodligen den volymmässigt största potentialen. Samtidigt råder det relativt stor osäkerhet om och i så fall när mer storskalig användning kommer igång speciellt för fordonstillämpningar. Ett mindre tillämpningsområde där bränsleceller redan idag kan vara konkurrenskraftiga är avbrottsfri kraft respektive vissa portabla tillämpningar. Användning av bränsleceller för distribuerad produktion av el och värme är en marknad med stor global volympotential. På detta område är dock de ekonomiska och infrastrukturella förutsättningarna bättre i många andra länder, varför Sverige förmodligen inte bör sträva efter en ledande position i denna utveckling. Det bör emellertid noteras att även om Sverige inte tar täten kan industriella aktörer leverera till marknader som har sådana ambitioner, av vilka en del återfinns bland våra stora exportländer, exempelvis Tyskland och Danmark. Sverige är ett stort exportland inom området elkraftskomponenter 30

39 och specialmaterial, och denna ställning bör vidmakthållas även för bränslecellstekniken. Verkningsgraden för bränsleceller är väsentligt högre än för de flesta konkurrerande tekniker i samma storleksklass. Bränsleceller omvandlar bränslen till el och värme med mycket låga emissioner av t.ex. NO x, SO x, VOC och partiklar. Bränsleceller möjliggör vidare användning av lokalt producerade förnybara bränslen såsom biogas och vätgas, vilket minskar beroendet av omvärlden för import av fossila bränslen och elkraft. Några exempel på tidiga användningsområden för bränsleceller är: Användning av biobränslen i högtemperaturbränsleceller typ MCFC och även SOFC. Det kan vara rötat avfall från olika livsmedelsindustrier, till exempel bryggerier och lantbruk. Andra uppenbara områden är rötat kommunalt avloppsslam som redan idag är ett vanligt bränsle för kraftvärmeproduktion med MCFC-bränsleceller. Bränsleceller kan vara ett bra alternativ som reservkraft. Många elanvändare är idag känsliga även för ganska korta strömavbrott. Bränsleceller kan vara ett bra alternativ som hjälpkraftsaggregat och för användning utanför elnätet, tillfällig kraft eller på platser utan tillgång till elnät. Bränsleceller är redan idag ett alternativ till batterier i små system för uppladdning av mobiltelefoner men också i större system såsom telekomanläggningar eller reservsystem i transformatoranläggningar. Det finns många tänkbara områden där bränsleceller kan komma att bli kommersiella ganska snabbt eftersom batterier i regel är dyra och har en begränsad livslängd. Bilindustrin kan komma att representera en mycket stor utvecklare och användare av bränsleceller. Personbilsindustrin i Sverige har tidigare till stor del haft bränslecellsverksamheten hos sina amerikanska ägare. AB Volvos aktiviteter inom exempelvis APU-utveckling har dock genomförts i Sverige. 4.2 Förutsättningar idag i Sverige Forskningen på bränslecellsområdet vid universitet och högskolor ligger på sparlåga, mycket till följd av bristen på statlig finansiering genom offentliga forskningsprogram. Viss forskning och utveckling bedrivs dock, bland annat genom medverkan i EU-projekt. Då svensk forskning står sig internationellt sett väl inom flera för bränslecellsområdet viktiga områden, exempelvis katalys, (elektro)kemi, och (nano)material, finns det förutsättningar att ånyo etablera akademisk forskning med tillräcklig kritisk massa i Sverige. Svensk industri har behov av att rekrytera experter och annan personal inom området. Idag hämtar industrin i några fall personal från utlandet för att kunna uppfylla åtaganden i internationella projekt. Forskning och utveckling bedrivs till betydande del inom företag. Sverige har redan idag en del företag som är starka inom den globala bränslecellsindustrin. Det gäller speciellt för tjänsteföretagen, som exempelvis Intertek vilka har en mycket omfattande testverksamhet för mindre bränsleceller med ett stort antal internationella kunder. COMSOL är ett av de 31

40 ledande företagen i världen för utveckling av mjukvara för beräkningar och modellering av bränsleceller. Volvo Technology är ett av företagen i Sverige som har stor verksamhet inom området. För tjänsteföretagen samt för bränslecellsföretagen Powercell, myfc, Cellkraft och de företag som levererar material och komponenter för bränsleceller alternativt bränslecellssystem exempelvis Catator, Sandvik, Höganäs, Opcon m.fl. är det nödvändigt att det finns kompetensförsörjning i Sverige genom att bränslecellsteknik finns med i undervisningen på högskolorna. Större delen av de som examinerades från det tidigare doktorandprogrammet fick anställning inom bränslecellsindustrin. Dessutom är några av de mindre företagen resultat av offentliga satsningar på forskning vid universitet och högskolor. Det kommer att finnas en stor global marknad för bränslecellsteknik. Det gäller såväl system som komponenter. Industrin för denna marknad byggs nu upp i länder såsom USA, Kanada, Danmark, Japan, Korea och Tyskland. Det är därför ytterst viktigt att svensk industri får hjälp med att följa teknikstatus och marknadsutveckling samt att tillgång finns till forskare och välutbildade tekniker inom området. Sammanfattningsvis kan för Sverige observeras: Sverige har idag andra förutsättningar än Centraleuropa exempelvis vad gäller energipriser och lägre utsläpp av växthusgaser inom el- och värmeproduktionsområdet Det kan öppna sig en betydande exportmarknad inom bränslecellsområdet för material, utrustning och kunskap Bränslecellsområdet fostrar goda forskare inom många områden ex. elektrokemi, strömningsteknik, materialteknik elkraft mm Den svenska elmarknaden blir alltmer lik den europeiska med internationella koncerner som äger våra kraftbolag, de södra elområdena har ökande elpriser och överföringskapaciteten mellan länder ökar. Vilka förutsättningar har då Sverige att dra nytta av bränslecellsintroduktionen? Nedan följer en kort analys av denna fråga i det klassiska SWOT-formatet. Styrkor Det finns idag svenska företag som är specialiserade på bränsleceller/bränslecellssystem, både tillverkare och tjänsteföretag (Ex myfc, Cellkraft och Powercell, Comsol, Intertek m fl). Biogasteknik är en svensk styrka. Olika former av biogas, rötgas och syntesgas från förgasning av biomassa kan med fördel användas i bränsleceller. I Sverige finns företag som är framstående inom såväl metallbearbetning som ytbeläggning av rostfria bipolära stålplattor. Exempel på sådana företag är Sandvik och Impact Coatings. 32

41 Sverige har sedan länge ett väl utbyggt globalt nätverk inom området genom mångårig medverkan i EU-projekt och andra arbetsgrupper upprättade av Kommissionen genom ledande uppgifter inom IEA Advanced Fuel Cells och IEA Hydrogen. Svagheter Kompetensbrist (framtida). Idag finns det inget program för utbildning inom bränslecellsteknik på de svenska högskolorna vare sig på doktorand- eller på grundutbildningsnivå. Av de doktorander som examinerades från det tidigare programmet har de flesta anställningar inom bränslecellsindustrin i Sverige eller i utlandet. Avsättningsmöjligheterna för nätanslutna bränsleceller på den svenska elmarknaden är idag begränsade. Institutionellt har Sverige idag inga speciella stödsystem för bränsleceller typ investeringsbidrag eller inmatningstariffer. Det finns inte heller något samlat program för forskning och utveckling. I Sverige är naturgaspriset högt, elpriset relativt lågt och fjärrvärmenätet väl utbyggt. Detta gör att det är svårt att hitta incitament för att använda naturgasdrivna bränsleceller för elproduktion, bl.a. mikrokraftvärme. Möjligheter Det finns redan idag en stor potential på exportmarknaden för svenska komponent-, material-, och tjänsteföretag. Flera svenska företag är för närvarande ledande leverantörer inom olika nischer. Geografisk närhet och starka kopplingar till Danmark, Tyskland, Finland där bränsleceller har starka drivkrafter för en tidig introduktion ger förstärkta export- och samarbetsmöjligheter. Förekomsten av en stor och kompetent IT/telekom- och fordonsindustri i Sverige kan leda till snabb tillväxt såväl avseende utveckling som användning av bränsleceller. Hot Den kommersiella introduktionen av bränsleceller dröjer lång tid eller äger aldrig rum inom något/några av de stora tillämpningsområdena, t ex stationär kraftvärmeförsörjning eller traktionära bränsleceller. De teknikval som aktörer i Sverige har gjort visar sig vara felaktiga när storskalig introduktion av bränsleceller äger rum. De aktörer i Sverige som arbetar med bränsleceller flyttar utomlands till andra institutionellt sett mer gynnsamma platser. Det är osäkert hur regelverket för vätgas och biogas kommer se ut i framtiden, vilket påverkar investeringsviljan bland annat avseende produktions- och distributionsanläggningar. 33

42 5 Vad bör vi göra i Sverige? I detta kapitel följer några rekommendationer från teknikbevakningsprojektet. I linje med projektets syfte är det främst två aspekter som behandlas; vilka användningsområden för bränsleceller är intressantast för Sverige samt vilka åtgärder bör myndigheterna överväga. Under året har vi kunnat konstatera kraftigt ökad försäljning av bränsleceller. Tusentals system säljs till vanliga kunder. Systemen är emellertid i normalfallet fortfarande subventionerade. 5.1 Användningsområden i Sverige Bränsleceller konkurrerar med olika alternativa tekniska lösningar beroende på tillämpningsområde. Generellt sett ger dock bränslecellslösningar vanligen miljöfördelar i termer av hög elverkningsgrad, låga lokala emissioner och tyst drift. Även ur ett energiförsörjningsperspektiv är bränsleceller intressanta då de erbjuder stor flexibilitet i valet av primärenergi. I ett nationellt perspektiv har tillämpningar inom fordons- och IT/telekomindustrin förmodligen den volymmässigt största potentialen. Samtidigt råder det relativt stor osäkerhet om och i så fall när mer storskalig användning kommer igång. Ett annat tillämpningsområde där bränsleceller redan idag kan vara konkurrenskraftiga är avbrottsfri kraft, hjälpkraftaggregat samt vissa portabla tillämpningar. Användning av bränsleceller för distribuerad produktion av el och värme är en marknad med stor volympotential. På detta område är dock de infrastrukturella förutsättningarna bättre i många andra länder varför Sverige förmodligen inte bör sträva efter en ledande position i denna utveckling. Det bör emellertid noteras att även om Sverige inte tar täten kan industriella aktörer leverera till marknader som har sådana ambitioner, av vilka en del återfinns bland våra stora exportländer, exempelvis Tyskland. 5.2 Rekommendationer Under några år har svenska myndigheter och andra offentliga aktörer valt att endast bevaka bränslecellsområdet, i första hand genom medverkan i IEA. Teknikbevakningsprojektet tillser att denna medverkan genomförs samt att den kunskap som framkommer kommer många intressenter i Sverige till del. Dessutom bidrar projektet till att stödja att nätverk mellan olika aktörer med intresse på området hålls samman och utvecklas. Sverige håller allmänt sett en hög profil på klimat- och miljöområdet. Sedan mycket lång tid tillbaka har Sverige byggt upp kompetens och satsat stora resurser för att etablera ett starkt och i många avseenden relativt oberoende energiförsörjningssystem med låga emissioner av koldioxid. Även på det fortsatt mycket oljeberoende transportområdet har insatser gjorts med 34

43 alternativa drivmedel och elektrifiering av transporter. Svensk policy lägger vidare stor vikt vid export av miljöteknik. I alla dessa sammanhang kan bränsleceller komma att spela en viktig roll. Utan några nämnvärda resurser för forskning och utbildning på bränslecellsområdet tynar den kunskapsbas som byggts upp genom insatser från Mistra, Energimyndigheten och andra aktörer bort och startsträckan blir mycket lång för den händelse att välutbildade personer skulle behövas. Även om det kan vara så att vi i Sverige inte kommer att tillverka bränsleceller eller komponenter till dessa i stor omfattning så finns det ändå behov av en viss kunskapsnivå för att kunna använda dessa i avancerade tillämpningar som exempelvis inom kraft- eller bilindustrin. De aktörer som medverkar i teknikbevakningen förordar att denna avvaktande policy omprövas och att Sverige ökar engagemanget i denna teknik av potentiellt intresse för många sektorer. Fortfarande gäller att det storskaliga genomslaget för merparten av tillämpningarna ligger några år framåt i tiden varför långsiktig kunskapsutveckling är väl motiverat. Ett mycket välkommet initiativ har nyligen tagits inom det till stor del industristyrda samverkansprogrammet Fordonsstrategisk forskning och innovation (FFI). Det handlar om 15 miljoner kronor från staten till projekt på området traktionära bränsleceller. Vilken typ av projekt som kommer att genomföras återstår att se men samma spelregler gäller som för övriga projekt inom FFI, vilket bland annat innebär att de industriella avtalsparterna ska stå bakom och medverka i projekten. En rekommendation från teknikbevakningsprojektet är att starta utbildning och doktorandutbildning (forskningsprogram) vid universitet och högskolor så att svensk industris kompetensförsörjning säkras. Vidare bör även förutsättningarna för att bilda ett centrum mellan industri, högskolor, universitet och staten (Energimyndigheten) undersökas. Vidare rekommenderas att teknikbevakningen genom IEA-medverkan och kompletterande insatser fortsätter. Viktigt är att bevakningen även i fortsättningen fungerar som ett nav för aktiva inom industri, universitet, institut och myndigheter så att resultat och idéer cirkulerar mellan respektive verksamhet. Internationellt samarbete bör även sökas genom medverkan i EU:s program, för närvarande i första hand EU FCH JU men även TEN-T. Även det nordiska samarbetet bör utvidgas. Ett viktigt komplement till forskningsprogram utgör arenor för systemutveckling (demonstrationsprojekt) med bränsleceller som aktörerna kan samlas kring. Demonstrationsprojekten ska ha fokus på troliga framtida användningsområden i Sverige eller användningsområden med stor volym globalt där svensk exportindustri kan ha en betydande marknad. För att maximera nyttan av befintliga tillämpningar bör hjälp till att bilda nätverk mellan svenska användare av bränsleceller övervägas. 35

44 6 Förkortningar APU BOP CHP CPOx DCFC DMFC FCH JU FCCJ FCS FCV HT-PEFC IEA ICE MCFC METI NOW PAFC PEFC SECA PEMFC SECA SOFC SMR TEN-T UAV UPS US/DOE USD UUV WWTP Auxiliary Power Unit Balance of Plant sv kringkomponenter Combined Heat and Power catalytic partial oxidation Direct Carbon Fuel Cell Direct Methanol Fuel Cell Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking, Det pågående programmet för bränsleceller i EUs regi Fuel Cell Commercialisation Conference of Japan Fuel Cell Seminar Bränslecellsfordon High Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cell International Energy Agency, en OECD organisation Internal Combustion Engine Molten Carbonate Fuel Cell (smältkarbonatbränslecell) Ministry of Economy, Trade and Industry, Japan Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie, Tyskland Phosphoric Acid Fuel Cell (fosforsyrabränslecell) Polymer Electrolyte Fuel Cell (polymerelektrolyt bränsleceller, även kallad PEM) The Solid State Energy Conversion Alliance, ett FoU-program för utveckling av SOFC i USA Proton Exchange Membrane Fuel Cells (avser samma Teknik som PEFC, Polymer Electrolyte Fuel Cell) Forskningsprogram i USA för utveckling av SOFC teknik Solid Oxide Fuel Cell (fastoxidbränsleceller) Ångreformering (steam methane reformer) Trans-European Transport Network, EU-program Unmanned air vehicle Uninterrupted Power Supply Department of Energy, USA Amerikanska dollar Unmanned underwater vehicle Waste water treatment plant 36

45 1