Smältkarbonatbränslecellen (MCFC) - teknikläget och framåtblick Carina Lagergren och Göran Lindbergh Tillämpad elektrokemi KTH 1
Smältkarbonatbränslecellen Anod: Porös Ni (5-10% Cr el. Al) H 2 +CO 3 2- H 2 O+ CO 2 +2e - Katod: Porös NiO dopad med litium O 2 +2CO 2 +4e - 2 CO 3 2- Elektrolyt: Karbonat av Li, K el. Na. Hålls på plats av matris av LiAlO 2 Driftstemperatur: ca 650 C US Department of Defence 2
Fördelar Inga ädelmetaller behövs i elektroderna CO-tolerant (CO+CO 2-3 2 CO 2 +2e - ) Flexibel vid val av bränsle Högkvalitativt spillvärme Intern reformering möjlig Hög verkningsgrad ( el 50%, total 90%) 3
Nackdelar och problem Materialproblem i cell- och stackkomponenter - upplösning av katoden - sintring/krypning av anoden - korrosion på strömtilledare/bipolära plattor Behov av CO 2 -cirkulering Svaveltoleransen är låg (<1ppm) 4
Aktörer inom MCFC-området Fuel Cell Energy (USA) MTU Onsite Energy (Tyskland) POSCO Power (Korea) Ansaldo Fuel Cells (Italien) Tubitak Marmara Research Center (Turkiet) CRIEPI (Central Research Institute of Electric Power Industry) 5
Teknikläget idag Moduler om några hundra kw, system från ca 250 kw el upp till några MW el. Fler än 100 system installerade, >100 MW totalt. Livsmedelsproduktion, hotell, shoppingcentra, sjukhus, fängelser, avfallsanläggningar etc. Elverkningsgrad på ca 50%, totalt ca 90%. Tillgängligheten på systemen är mycket hög, ca 95%. 6
Fuel Cell Energy Världsledande på produktion och utveckling av MCFC. Totalt 97 MW el sålt/installerat på 55 platser. En total produktion på 400 GWh. Marknadsför fyra olika produkter: 300 kw - 2.4 MW. Elverkningsgrad ca 47%. Bränslen: propan, naturgas, kolgas, och rötgas. Internreformering. Undersöker CCS och vätgasframställning Installation av 4 st DFC300 (totalt ca 1 MW) vid Hotel Sheraton i San Diego 7
MTU Onsite Energy Drygt 20 anläggningar i Europa. Hittills stackar från FCE, men avtal upphör 2010. MTU Onsite Energy har den hittills längsta driftstiden för ett system, ca 47 000 h. Första MCFC ombord på fartyg (FellowShip) Anläggning vid Vattenfall i Berlin. Co-generation. Använder två bränslen, metanol och naturgas. Driftstid ca 30 000 h 8
FellowShip Hot Module på 320 kw el Bränsle: LNG som hämtas på oljeriggarna. Premiär ombord i september 2009 Fartyget ägs av rederiet Eidesvik Övriga partners i projektet: Det Norske Veritas, MTU Onsite Energy, Wärtsilä Visades upp i Köpenhamn i samband med klimatveckan i december. Bränslecellssystemet från MTU Onsite Energy lyfts ombord på Viking Lady 9
POSCO Power Världens största användare av MCFC (idag 23 MW). Avtal med FCE (68 MW hittills) - tidigare köp av hela stackar - nu köp också av cellkomponenter Världens första PR-hall för bränsleceller! Anläggning i Seoul, 2,4 MW el. 10
Ansaldo Fuel Cells Egen tillverkning av cellkomponenter och stackar. Ett tiotal demonstrationer Naturgas, rötgas, deponigas, förgasad biomassa, marint diesel Stort fokus på CO 2 -CCS mha MCFC Skiktgjutningsmaskin för tillverkning av aktiva komponenter i fabriken i Terni 11
Tubitak Marmara Research Center Tillämpad forskning tillsammans med företag och industrier Konsortium med Ansaldo Fuel Cells Demonstration av 500 kw-system. Bränsle: marint diesel med max 0,2 % svavel APU för marina tillämpningar (MC-WAP) CRIEPI Grundläggande R&D inom MCFC-tekniken Föroreningar och dessas påverkan på cellernas degradering Livslängdsrekord: ca 67 000h (T=600 C, trycksatt) 12
Sammanfattning av 2009 Korea största användaren av MCFC Ny licens tecknad för POSCO Power med FCE Avtalet mellan FCE och MTU Onsite Energy upphör Det första fartyget med MCFC ombord är i drift Flera företag studerar MCFC kombinerat med CCS Världens första PR-center för MCFC i Korea 13
Framåtblick Fortsatt stora satsningar på flera håll i världen - Fuel Cell Energy har idag en produktionskapacitet på 50 MW per år, men vill öka denna till 150 MW. - MTU planerar för system på upp till 2 MW inom några år. Egen produktion av celler och stackar. - POSCO Power satsar på egen tillverkning av MCFC och en ytterligare ökad användning av bränsleceller i Korea. Hittills har man köpt 68 MW från FCE, varav 23 MW redan är i drift (samtliga kopplade till nätet). 14
Framåtblick, forts MCFC = bränsleflexibel! Ingen infrastruktur för vätgas krävs för användning av MCFC. Fortsatt stort intresse för användning av MCFC där möjliga bränslen redan finns tillgängliga (deponier, livsmedelsproduktion, rötningsanläggningar etc). MCFC passar utmärkt för svenska förhållanden med tillgång till många olika förnyelsebara bränslen. 15
Tack! 16