Fuel Cell Seminar 2005, Palm Springs, Ca, USA

BRÄNSLECELLER 1/06 Elforsk projekt nr Fuel Cell Seminar 2005, Palm Springs, Ca, USA Bengt Ridell, CarlBro Energikonsult Innehåll 1. SAMMANFATTNING... 1 2. PLENARY SESSION 1 PROGRESS, CHALLENGES AND MARKETS... 2 3. PLENARY 2 FUEL CELL INVESTMENT... 4 4. SOFC TECHNOLOGY DEVELOPMENT... 8 5. MCFC / PAFC... 12 6. ÖVRIGT, PEFC, PORTABLA BRÄNSLECELLER MM... 14

1. Sammanfattning Den 21:e Fuel Cell Seminar konferensen arrangerades denna gång i Palm Springs, Kalifornien, USA, 14-18 november, 2005. Till konferensen hade det samlats ca 2 400 deltagare. Det är den största bränslecellskonferensen som någonsin arrangerats. Temat för årets konferens var Progress, Challenges and Markets. Förutom föredrag och posters fanns även en utställning där 177 företag och organisationer ställde ut. Den tekniska delen av konferensen hade i år tre parallella sessioner. Främst koncentrerades konferensbevakningen på stationära bränslecellssystem, men även på andra områden som kan tänkas ha en påverkan på det stationära området. Programmet och flera av presentationerna kan ni finna på Fuel Cell Seminars hemsida www.fuelcellseminar.com En del viktiga punkter som kan sammanfatta intrycket av konferensen: För bilindustrin nämndes ofta år 2020 som det årtal då bilar försedda med bränsleceller kommer att vara tillgängliga för kommersiell försäljning. Årtalet kan komma av att det är det är som President Bush har satte upp som mål när han beviljade en kraftigt ökande forskning kring vätgas som drivmedel. Flera nya områden har fått egna sessioner inom konferensen till exempel högtemperatur PEFC, Fuel cell investment och marina applikationer. Användning av olika sorters bränslen fick stort utrymme på konferensen speciellt kol, diesel, och jetbränslen samt förstås förnybara biobränslen Flera tillverkare presenterade mindre stationära system som är avsedda för användning utanför elnätet. Dessa använder i regel propan, metanol eller vätgas som bränsle. General Electric har med sina SOFC uppfyllt kraven för SECA 1 General Electric och Siemens har båda fått kontrakt från DOE för projekt att vidareutveckla SOFC tekniken. Visionen är att utveckla SOFC i storleksordningen 100 MW el som skall kunna användas i kolkraftverk. Kontrakten är i storleksordningen 85 MUSD under 10 år som samfinansieras av DOE och respektive bolag. På transportsidan är det fortfarande en stor frustration över att det är svårt att utveckla ett bra lagringssystem för vätgas ombord ett fordon. En annan fråga som kom fram vid flera tillfällen är de höga kraven på vätgasens renhet för PEFC bränsleceller. Flera olika företag börjar studera högtemperatur PEFC, där vätgasens renhet är av mindre betydelse. Bilindustrin verkar övertygad om att det går att masstillverka bränsleceller för 50 USD/kW. Den kommersiella bränslecellsbilen kommer inte att se ut som dagens bilar. De kommer att tillverkas så att de passar sitt syfte på ett bättre sätt än dagens bilar. Högtemperatur PEFC fick ett stort utrymme på konferensen med en egen session. Fördelarna med att inte vara så känsliga för föroreningar som konventionella PEFC samt att arbeta vid högre temperatur vilket underlättar kraft- 1

värme tillämpningar poängterades ofta. Plug Power presenterade en ny design med högtemperatur membran från PEMEAS. Siemens fd Siemens-Westinghouse utvecklar nya kompakta SOFC stackar så kallade Delta-9 och HPD design. I och med att Siemens har fått långsiktig finansiering av DOE så har de nu en mer positiv framtoning. Rolls Royce saknades helt under Fuel Cell Seminar. Det är något förvånande eftersom de nyligen har förklarat att Rolls Royce kraftigt kommer att utöka sin verksamhet inom bränslecellsområdet. Enligt DOE (Department of Energy) har USA enorma koltillgångar som kan försörja landet under många hundra år framåt. Kol är ett freedom-fuel och clean coal technology kommer att vara viktigt för USA. Det finns möjligheter att använda bränsleceller inom olika områden för clean coal vilket presenterades på konferensen. Kol kommer att vara ett viktigt bränsle speciellt i USA. Flera olika tekniker för att använda kol som bränsle för bränsleceller presenterades. 2. Plenary session 1 Progress, Challenges and Markets Kevin Christ från GTI, Gas Technology Institute, USA var konferensens ordförande och höll öppningsanförandet. Han betonade att även om utvecklingen går snabbt framåt inom bränslecellsområdet så är det många stora utmaningar framför oss innan tekniken är kommersiell. Sjukvårdskostnaderna beroende på dålig luftmiljö ökar snabbt. I USA beräknas dessa kostnader till 50 miljarder USD per år. Utvecklingen av konventionell teknik går också snabbt fram. För 40 års sedan ansågs en bil släppa ut föroreningar motsvarade ett ton under sin livstid, för bilar som kommer att tillverkas år 2010 skall denna siffra vara ner i 5 kg. Den starkaste drivkraften idag för att införa bränsleceller i fordon är möjligheterna att använda lokalt producerade bränslen och därmed bli oberoende av importerade fossila bränslen. Årets Fuel Cell Seminar Award tilldelades Alan Lloyd, California Environmental Protection Agency, främst för sitt arbete som initiativtagare till California Fuel Cell Partnership. Alan Lloyd kunde dock tyvärr inte själv ta emot priset eftersom han var i Kina tillsammans med guvernören Arnold Schwarzenegger som också hälsade till konferensen. Honda Honda höll en hög profil under konferensen med en stor utställning, provkörning av bränslecellsbilar och flera föredrag. Key-note presentationen hölls av Gunnar Lindström från Sverige som arbetar åt American Honda. Honda har 27 000 anställda i USA med bland annat ett utvecklingscenter i Los Angeles. Honda har testat bränslecellsbilar under tre år 15 bilar i USA och 10 stycken i Japan. De räknar med att kunna sälja kommersiella bränslecellsbilar år 2020. 2

Två av Hondas bilar testas i New York området De är konstruerade för att klara av att användas vid temperaturer ned till 20ºC. En av dessa bilar finns hos en barnfamilj och används dagligen, i princip som en vanlig bil. Honda tillsammans med Plug Power har utvecklat en Home Energy Station med en bränslecell som är försedd med en reformer för naturgas. Anläggningen förser huset med el och värme och har även en tankstation för vätgasfordon. Honda Home Energy Station GM, General Motors GM har utvecklat ett eget bränslecellssystem för bilar. Bränslecellsystemet har endast 10 % rörliga delar jämfört med ett konventionellt motorsystem. GM räknar med att år 2010 ha utvecklat ett system som skall vara anpassat för massproduktion till kostnaden 50 USD/kW. Den framtida kommersiella bränslecellsbilen kommer att ha ett helt annat utseende än dagens bilar. GM anser att bränslecellsbilar kan bli betydligt än dagens bilar. De har tagit fram ett koncept med så kallad Skateboard design. Hela drivsystemet och bränsletankarna ligger i bilens bottenplatta, passagerar- och lastutrymmena kan anpassa på helt annat sätt jämfört med dagens bilar. GM AUTOnomy concept fuel cell vehicle. En stor utmaning är att utveckla ett bra system för att lagra väte ombord fordonet. Teknikvalet är ännu inte klart det finns många alternativ trycksatt väte, flytande väte eller olika former av kemisk lagring. Infrastrukturen för vätgas behöver byggas ut 11 700 vätgastankstationer skulle täcka behovet i hela USA enligt en bedömning av GM. 3

Delphi Delphi är med i SECA programmet och utvecklar där en SOFC enhet som APU, Additional Power Unit, för lastbilar. Projektet är på 138 MUSD och pågår under en 10års period. Den färdiga APUn skall ha effekten 5 kwe. Den senaste prototypen från Delphi är en SOFC med effekten 2,62 kwe, vikt 9 kg. Dagens dieseldrivna APU som används i lastbilar har volymen 150 liter och 15 % verkningsgrad motsvarande siffror för en SOFC är 70 liter och 35 %. Delphi har planer på att öka effekten till 10 kw och då skall bränslecellen även kunna användas som nödaggregat för framdrivning av hybridfordon. Delphi tror att nya generationer av SOFC kan ersätta PEFC för bilar för att därmed slippa problemen med att bygga upp en infrastruktur för vätgas. SOFC kan använda dagens bränslen och det finns många möjliga bränslen för framtiden. Inom SECA programmet utvecklar Delphi en APU för stora lastbilar. ECN Kees van der Klein från ECN presenterade en del projekt i Europa och funderingar kring framtiden. Det var en optimistisk presentation, exempelvis så examineras idag många ingenjörer och doktorer som har stor kunskap om bränsleceller. Utbildningen är idag betydligt bättre än tidigare vilket ger bra förutsättningar för en positiv utveckling av bränslecellsområdet. Han trodde inte så mycket på vätgasmotorer för bilar eftersom verkningsgraden är betydligt mindre jämfört med bränslecellsbilar och då krävs det väsentligt större bränsletankar. De stora frågor som ännu är olösta är lagring av vätgas ombord fordonet och de höga kraven på vätgasens renhet. Dow Chemicals jätteprojekt i USA tillsammans med GM där ett mycket stort antal bränsleceller skall använda överskotts vätgas som bränsle för stationära bränsleceller. I samband med detta projekt kommer ingående studier att göras om hur vätgasens renhet påverkar bränslecellen. Bland annat nämndes kort EU-projekten HyWay European Hydrogen Energy Road map HYChain tidiga nisch marknader inom bränslecellsområdet EU-projekt med virtual power plant, ett koncept där ett stort antal stationära bräsnleceller kan styras samtidigt. CUTE/ECTOS, 30 bränslecellsbussar i 10 olika städer 3. Plenary 2 Fuel cell investment Fuel Cell Today, Finansiering och mål för utveckling av bränsleceller Fuel Cell Today äe en de mest besökta informationssidorna eller webtidningarna för bränsleceller. De finns på denna länk, www.fuelcelltoday.com De presenterade trender och finansiering av utveckling av bränsleceller i olika delar av världen. 4

I USA och Australien är den största drivkraften för att utveckla bränsleceller att bli oberoende av importerade fossila bränslen. I USA är militären en stark pådrivare. I Europa är det miljöfrågorna som ställs i första rummet både lokal miljö och växthusgaser I Japan och Korea betonar man främst de ekonomiska möjligheterna för industrin att kunna tjäna pengar och exportera den nya tekniken Många länder har dag presenterat nationella program för bränsleceller och vätgas. Det är ett allt större intresse för kol med ny teknik som bränsle för bränsleceller och för kärnkraft för att producera vätgas. Korea har en stark nationell finansieringsplan för utveckling av bränsleceller. Idag är denna budget på mer än motsvarande 100 MUSD. De har satt upp stora mål till exempel så skall år 2040 22 % av all energi komma från vätgassystem. EU har betydligt försiktigare mål. De satsar idag i första hand på forskning och utveckling. Europa är också starka på demonstration av tekniken och förespråkar så kallade light-house projekt, stora demonstrationsprojekt där tekniken skall synas tydligt. Kina visar ett ökande intresse för tekniken och har planer på att demonstrera bränsleceller och vätgas system i samband med olympiaden år 2008 och World Expo i Shanghai år 2010. DOE USA Status för utvecklingsprogrammen Enligt DOE finns det en stor potential för konkurrenskraftiga stationära bränsleceller i USA. Det behövs nya kraftverk i USA motsvarande 26 GW till år 2011. Ett stort mål för det stationära bränslecellsprogrammet i USA är byggandet av Future-Gen. Future-Gen skall vara ett koleldat kraftverk med minimala emissioner även lagring av CO 2 är medtaget. Processen bygger på förgasning av kol. Kraftverket kommer att ha effekten 300 MWe varav en bränslecell skall svara för 100 MWe resten blir gasturbiner. Det finns en budget på 1 Mdr USD specifikt för att utveckla detta kraftverk. Enligt tidplanen så skall det kunna tas i drift år 2020. Beräknad el verkningsgrad på över 50 % och 90 % av all CO 2 skall lagras. SECA programmet för utveckling av högtemperatur bränsleceller ligger till grund för Future-Gen. Sex företag får utvecklingsstöd av DOE inom SECA programmet Siemens GE, General Electric Fuel cell Energy Acumentrics Delphi Cummins power generation Av dessa är det enbart GE som har klarat kraven för den första milstolpen SECA 1 Verkningsgrad el 35 % 5

Lägre än 4 % degradering av prestanda per 1000 timmars drift Tillverkningskostand mindre än 800 USD/kW vid massproduktion Som tidigare nämnts så har nu GE och Siemens fått kontrakt på 10 år av DOE för att utveckla en bränslecell för Futeure-Gen. Nästa SECA mål är att kunna tillverka bränslecellssystem till en kostnad av 400 USD per kw vid en produktion av 50 000 enheter per år. Det kan också nämnas att DOE har en ny testanläggning för bränsleceller hos NETL. Nedanstående websida, Database of State Incentives for Renewable Energy (DSIRE) visar en omfattande databas över projekt med förnybar energi USA. Bränsleceller är bara en liten del. http://www.dsireusa.org Chrysalix Chrysalix Energy, Canada är ett finansierings bolag, venture capital, som har investerat i flera bolag i bränslecell- och vätgasbranschen, totalt 13 stycken tillsammans 80 MUSD. Det är bland annat Ballard, Shell Hydrogen, Angstrom, H2Gen och Fideris. De anser att bränsleceller har speciellt svårt att bli kommersiella eftersom bränsleceller skall ersätta teknik som är bra idag och det egentligen inte verkar finnas något behov av en ny teknik i det kortare perspektivet. Det är viktigt för finansieringsbolagen att investera i teknik som är bättre än det som finns idag. Att ny teknik är miljövänlig är inte tillräckligt. Chrysalix försöker finna företag som gör det som de är bäst på och inte försöker göra allt. Det är också mycket viktigt att de har rätt typ av personal. Ett stort problem för många företag i bränslecellsbranschen är att de försöka göra allt och tänker mer på tekniken än marknaden. De lovar i regel för mycket vilket gör att media blir konfunderade och det sänds fel signaler till marknaden. USA Hydrogen Program The Hydrogen Fuel Initiative i USA är ett 5 års program där DOE bidrar med 1,7 mdr USD. I dessa summor ingår bland annat SECA programmet och Freedom- CAR. Ett huvudsyfte med programmet är att det skall finnas färdiga modeller av kommersiella bränslecellsbilar år 2015 och att dessa skall finnas till allmän försäljning år 2020. De stora problemen som skall lösas är lagring av vätgas, minskning av kostnaderna för produktion av vätgas och kostnaderna för bränsleceller. Kostnaderna för att producera vätgas kommer förmodligen att sjunka kraftigt kring år 2015 när ny kärnkraft och teknik för ren kol kommer att finnas. 6

Enligt TIAX så är dagens kostnad för PEFC bränsleceller vid massproduktion 110 USD/kW dessa måste ner till 20 USD/kW år 2015. Idag är kostnaden för att tillverka stacken 70 USD/kW år 2015 skall denna siffra vara 6 USD/kW. För mer detaljerad information se följande länk, www.hydrogen.energy.gov Från denna websidan går det att ladda ner US Hydrogen National Road Map, Hydrogen Posture Plan och andra liknande dokument. En annan länk som också behandlar vätgas program i USA, www.greencoast.org Japan s approach to Commercialisation of Fuel Cell/Hydrogen Technology En representant för NEDO presenterade deras stora program för vätgas och bränsleceller. Det kom egentligen inte fram något nytt utan samma höga imponerande siffror som tidigare har visats upprepades utan större kommentarer. År Bränslecellsbilar Stationära bränsleceller 2010 50 000 2,1 GW 2020 5 miljoner 10 GW 2030 15 miljoner 15 GW METI, Ministry of Economy, Trade and Industry, stödjer denna plan med 35 mdr Yen per år, vilket motsvarar ca 300 MUSD. Det finns idag 60 bränslecellsfordon i Japan. Det kommer att ha installerats 480 små stationära bränslecellssystem i Japan före årets slut. Bränslecellerna på World Expo i Aichi presenterades kort 8 st bränslecellsbussar PAFC totalt 800 kw MCFC totalt 720 kw, de använde biogas som bränsle, bland annat allt köksavfall från världsutställningen förgasades och användes som bränsle i MCFC SOFC 50 kw Japan kommer att i Osaka ha en FC Expo i januari 2006. Det kommer eventuellt att bli ett årligen återkommande arrangemang. Information och program finns på denna länken, www.fcexpo.jp US States programmes, delstatsprogram En representant för Spencer Management Associates presenterades exempel på GEF, World Bank/Global Environment Facility s activities. Presentationen gällde speciellt exempel på delstatsprogram i USA. GEFs program för att minska växthusgaser är på 3 mdr USD för åren 2003 2006. de olika delstaterna i USA har tillsammans större 7

program än det federala. Många delstater har så kallad net metering för små för små anläggningar, dvs elmätaren får gå baklänges när el matas ut på nätet. Ohio har ett bränslecellsprogram på 100 MUSD fördelat på tre år. Connecticut ger bidrag med 5,5 USc/kWh för el producerat med bränsleceller. Kalifornien har ett stort program speciellt inom transportsektorn. Intresset har ökat starkt och aktier inom branschen har gått upp märkbart i samband med de stora orkanerna Katarina och Rita. Orkanerna har visat hur känsligt det stora elnätet i USA är för naturkatastrofer. 4. SOFC Technology Development Flera av företagen som deltager i SECA programmet som är finansierat av, DOE, Department of Energy USA, presenterade sin utveckling av SOFC. Ett av slutmålen är att inom 10 år ha utveckla en SOFC anläggning till kostnaden 400 USD/kWe. Mer detaljer och information om SECA-programmet går det att finna på websidan, http://www.seca.doe.gov/ GE General Electric GE utvecklar SOFC bränsleceller i Torrance, California. Tekniken är cirkulära plana stackar. De största är 40 cm i diameter. Stacken har en arbetstemperatur på 800ºC. GE är det första företaget som klarade kraven för SECA 1. GE har tagit fram en prototyp på 5,4 kwe DC med verkningsgraden 41 % Den har varit i drift i 1700 timmar och gjort 15 starter. Degraderingen under de första 500 timmarna var 1,8 %. Då hade tre termiska cykler genomförts. Den beräknade kostnaden vid en volym på 50 000 enheter är 724 USD/kW, vilket är verifierat av ett oberoende företag. Förutom SECA programmets mål utvecklar GE en 5MWs anläggning, en SOFC-GT hybrid, där en bränslecell är sammankopplad med en gasturbin i samma process. Bränslecellen kommer att ha effekten 4 MWe och gasturbinen 1,2 MWe. Den beräknade verkningsgraden frö produktion av el är 71 %. Ett annat projekt är Future-GEN, en kolförgasningsanläggning som innehåller både gasturbin och SOFC i samma process. Future-Gen kommer att ha effekten 300 MWe. GE fick nyligen ett kontrakt från DOE för att utveckla denna typa av anläggning med en bränslecell i storleksordningen 100 MWe. Projektet för att utveckla SOFC systemet är på 85 MUSD och samfinansieras av DOE. Cummins power generation Cummins är ett klassikt motorföretag se, www.cumminspower.com Cummins är med i SECA programmet men de har fortfarande långt kvar innan de har uppfyllt kraven för SECA 1. De har testat en SOFC prototyp på 1 kw och arbetar med att sätta ihop en 5 kw stack. De har problem med stor degradering och kon- 8

struktionen uppfyller inte alls kostnadskraven. Designen av stacken är plana kvadratiska plattor 10*10 cm. SECA stacken som är 5 kw kommer att bestå av 4*70 celler och arbeta vid 900ºC. Cummins, APU for trucks Idag finns I USA ungefär 500 000 tunga lastbilar, 20 30 % av dessa går växelvis ständigt på tomgång i vilande fordon för att försörja luftkonditionering, elbehov, TV, matlagning mm. Detta sker till en låg verkningsgrad. En APU, kraftenhet, som drevs med en bränslecell skulle spara mycket bränsle och kraftigt minska emissionerna till luft. En kommersiell APU SOFC bränslecell kommer att vara i storleksordningen 4-5 kwe. I USA är elbehovet störst på sommaren för luftkonditionering. Den producerade värmen kan användas till att hålla huvudmotorn samt vid behov även förarkabinen och sovutrymmen. En del utstående frågor är vibrationstålighet, start tid, lastföljning, reformer för diesel mm. Ett helt system med batteri för topplast kommer att väga ca 180 kg. Siemens Power Generation Siemens Power Generation för detta Siemens-Westinghouse har kommit tillbaka med större optimism än vid de föregående Fuel Cell Seminars. De planerar inte att demonstrera SOFC tekniken i någon större omfattning utanför SECA programmet. De har dock utvecklat en atmosfärisk anläggning på 125 kwe med den äldre tubtekniken, och fått två order en anläggning till Hannover och en till Alaska. Den gamla anläggning som från början fanns i Westervoort, Nederländerna och senare hos RWE i Essen kommer att återstartas i Turin i Italien. FCT, Fuel cell Technology använder fortfarande Siemens långa tuber i sina 5 kw stackar. För SECA programmet kommer en 5 kw så kallad HPD stack att användas. HPD cellen har mer än 50 % högre power density än den gamla tekniken med långa tuber. Tuberna är idag 75 cm långa men kan förmodligen förlängas om det är önskvärt. Elektrolyten är pålagd med plasma spray. Stacken arbetar vid 1000ºC och 80 % bränsleutnyttjningsgrad. Siemens utvecklar även en typ av cell Delta-9, en betydligt kompaktare stack. Denna teknik är fortfarande i labbet. På bilden nedan syns stackar av både HPD-typ och Delta-9. 9

Även Siemens har som GE fått ett nytt kontrakt av DOE för att utveckla en stack på 100 MWe som skall vara av del av ett kolbaserat kraftverk på 300 MWe. Detta projekt är på 85 MUSD och är delfinansierat av DOE. Projektet löper under 10 år. FCT, Fuel Cell Technology, Canada FCT tillverkar små SOFC system upp till 5 kwe med bränsleceller från Siemens Westinghouse. Deras främsta marknad är små kraftvärmesystem för mindre hus. De räknar med att ha kommersiella produkter framme år 2011 till ett pris kring 2000 USD/kWe. Europa kommer enligt FCT att bli deras största marknad. FCTs bränsleceller kan startas utan hjälp av elnätet. Det är viktigt eftersom de räknar med att en stor nischmarknad på platser där nätet är svagt eller helt enkelt utanför elnätet. Under presentationen kallade de sig (som många andra) världens ledande bränslecellsleverantör. Det kan förefalla tveksamt eftersom bränslecellerna som skulle levereras till Hammarby Sjöstad är mer än två år försenade. Anläggningarna räknas fortfarande som inneliggande order i deras presentationsmaterial FCT har byggt ett tiotal försöksanläggningar bland annat till University of Fairbanks, Alaska, JFE, Japan och RWE i Tyskland. En nyare så kallad beta-version har levererats till University of Liège i Belgien. Verkningsgraden är 32 % vilket kan förefalla ganska lågt. Det beror bland annat på att Siemens-Westinghouse fortfarande endast kan leverera långa 120 cm tuber vilket gör stacken väldigt långsmal. När Siemens- Westinghouse kan börja leverera deras nya kompakta platta tuber kommer verkningsgraden att höjas väsentligt. FCT har börjat utveckla en större anläggning på 50 kwe den skall kunna använda olika sorters bränslen till exempel propan och metanol. Mer information finns på FCTs hemsida www.fct.ca Acumentrics SOFC Acumentrics har sitt huvudkontor i Westwood, Massachusetts, USA, de har 65 anställda. Acumentrics utvecklar en 5-10 kwe APU inom SECA programmet. Deras stack består av många små tuber. Tuberna är mellan 36mm och 280 mm långa och stacken har anod support. Acumentrics har levererat ett 20 tal enheter för demonstration och tester. 10

12 stycken 2 kw system som levererar likström för telekom anläggningar, en del 5 kwe APU och 6 stycken CHP anläggningar för småhus. En av dessa är levererad till en nationalpark i Alaska och den arbetar helt utanför elnätet. Den bränslecellen använder propan som bränsle. Acumentrics räknar med att inom kort uppnå kraven för SECA 1. Ceres Power SOFC Ceres Power, UK utvecklar små mycket robusta SOFC bränsleceller. De är uppbyggda på samma sätt som plattvärmeväxlare, där plattorna är av rostfritt stål och belagda med nödvändiga elektrolyter för anod och katod. Konstruktionen gör att läckage problemen blir obefintliga. Bränslecellerna arbetar vid en låg temperatur 500ºC 600ºC. Ceres Power har uppnått mycket goda resultat i lab miljö men de vill vänta med att gå ut och testa på fältet tills det att produkten är mer färdig och att de då har en stor kund som värd. Ceres Power är noterade på London börsen och de har fått finansiering från DTI, Departent of Trade and Industry, och Carbon Trust i England. Haldor Topsø Niels Christiansen från Topsø Fuel Cells presenterade deras utveckling av SOFC. Det är ett imponerande program. De tillverkar stackar med anod support. Den största cellen är 18cm*40cm med prestanda 1,5 W/cm 2 vilket är högt. Deras tillverkningskapacitet idag är 1000 celler per vecka. Dagens stackdesign är 2*75 celler med kraft tätheten 2,4 kw/liter. Tidigare hade de problem med en kraftig i degradering i början av stackens liv. Det visade sig bero på kromförgiftning av stacken numera använder Topsø kromfria material och undviker därmed problemet. Stacken har testats med degradering under 1 % per 1000 timmar. Den senaste utveckling är med metallisk interconnect och då kommer förmodligen degraderingen att bli nästan försumbar. Systemstudier har gjorts med olika sorters bränslen naturgas, DME, diesel och metanol. Stackarna har blivit testade av Wärtsilä i Finland i kompletta system med naturgas som bränsle. En APU anläggning som levererar likström med 55 % verkningsgrad har testats av AVL i Österrike. Topsø Fuel Cells studerar nu nya material för att kunna sänka arbetstemperaturen i stacken ner mot 600ºC och på så sätt kunna använda billigare material och ha en längre livslängd. De arbetar nu med att ta fram en konstruktion för ett 250 kwe system som skall ha naturgas som bränsle. 11

5. MCFC / PAFC Utveckling av MCFC är imponerande jämfört med vad som sades för några år sedan. I programmet är nyckelordet för MCFC erfarenheter när det för SOFC är utveckling. RWE, Tyskland presenterade sina erfarenheter från en PAFC 200 kwe ONSI PC25C som har varit i drift i 5 år men rötgas som bränsle. Anläggning finns i Rodenkirchen utanför Köln. Biogas produceras genom rötning av slam från en vattenreningsanläggning. RWE har nyligen köpt ytterligare en bränslecell för användning vid en liknande anläggning Där rötgas används som bränsle. Det är en Hot-Mudule 250 kwe MCFC. Den är placerad i staden Ahlen i närheten av Münster i Nordtyskland. MTU, Erfarenheter av MCFC MTU Hot-Module MCFC är baserad på teknik från Fuel Cell Energy i USA. Effekten är cirka 250 kwe och 180 kwth, elverkningsgrad 47 %. Dessa värden varierar något mellan de olika anläggningarna. Prestanda och miljödata är väsentligt bättre än gasmotorer i motsvarade storlek exempelvis emissioner av NOx, CO, kolväten, partiklar mm. Den första installationen i Tyskland gjordes år 2001 i Bad Neustadt. MTU har installerat 14 anläggningar i Europa. Tekniken och därmed tillgängligheten har förbättrats väsentligt. Anläggningen i Bad Neustadt trippade 33 gånger under det första driftåret motsvarande siffra för en anläggning i sjukhuset i Bad Berka var 3 gånger. Den totala driftstiden för Hot-Mudule anläggningarna är nu över 200 000 timmar. Exempel på testanläggningar, Magdeburg Hospital, har varit i drift i 26 000 timmar vilket är den längsta driftstiden för en MCFC Hot-Module. Deutsche Telecom, München, använder likström och har även en absorptionskylare som drivs av den producerade värmen. Anläggningen på sjukhuset i Bad Berka kan användas oberoende av nätet som nödströmsaggregat till sjukhuset. En ny anläggning i Berlin kommer att använda både metanol och naturgas som bränsle. Nästa version av Hot-Module kommer att ha något större effekt 280 kwe och även anläggningar i MW-klass planeras. Starwoods Hotels MCFC anläggningar Starwood hotels är värdens kanske ledande hotellkedja. Där ingår bland annat Sheraton, Le Meridien, St Regis m.fl. totalt 850 hotell i 95 länder. 12

Starwoods har installerat 4 MCFC anläggningar i New York City och i New Jersey. En anläggning på 1 MW kommer att installeras i San Diego. Projektet sker i samarbete med PPL Energy som är distributör av för Fuel Cell Energy. PPL, Pennsylvania Power and Light, startades på 1920-talet och är nu en stor sammanslutning av olika kraftföretag. Den första anläggningen installerades i Sheraton Edison Hotel i New Jersey. Hotellet har 276 rum. Bränslecellen producerar 25 % av elbehovet och 25 % av varmvattenbehovet. Anläggningen på New York Sheraton var den första bränslecellen som blev godkänd för användning på Manhattan. Den är placerad på fjärde våningen och syns tydligt från gatan. Hotellet har 1750 rum och bränslecellen står för 10 % av energibehovet för el och varmvatten. En stor fördel är att anläggningen är tyst vilket gör den lättplacerad i ett hotell. GenCell tillverkare av MCFC och bipolära plattor. GenCell är ett företag som tillverkar metalliska bipolära i större industriell skala för många typer av bränsleceller MCFC, SOFC, PEFC och DMFC. Deras tillverkningsanläggning har en kapacitet på motsvarande 1 MW per dag. GenCell har tillverkat en MCFC på 40 kw. Den är i drift på universitetet i Connecticut. Anläggningen har varit i drift i 3000 timmar. GenCells vision är att kraftigt kunna sänka tillverkningskostnaderna för bränsleceller genom en effektiv industriell masstillverkning. Mer information finns på deras hemsida www.gencellcorp.com MCFC Japan Aichi World Expo Två MCFC som båda använde olika sorters biogas som bränsle har varit i drift på världsutställningen i Aichi i Japan. MCFC-1 har använt både biogas framställt från rötat avfall från utställningens restauranger och naturgas som bränsle MCFC-2 är sammankopplad med en gasturbin. Den totala effekten är 303 kwe varav MCFC 269 kwe och gasturbinen 34 kwe. Anläggningen har varit i drift totalt 4439 timmar. Verkningsgraden angavs till 51 %. Den använde förgasat trädbränsle och naturgas som bränsle. Idatech, kompakta system reformer och PEFC Idatech presenterade deras utvecklingsprogram för reformrar bland annat för olika sorters diesel och biodiesel. De har lång erfarenhet från CPOX, SMR och ATR reformrar. 13

Idag har Idatech flera olika utvecklingsuppdrag för militären. En bränslecell på 2 kwe med diesel som bränsle har testas i en HUMVEE, som är den nya stora militära jeepen i USA. Syftet med bränslecellen är att den skall kunna användas för tysta uppdrag när fordonet står stilla. Den levererade bränslecellen uppfyllde alla de ställda kraven och Idatech har fått flera liknande uppdrag. Bland annat en 250 W batteriladdare som kan användas ute i fält. Mer information kan hittas på hemsidan, www.idatech.com 6. Övrigt, PEFC, portabla bränsleceller mm PEFC tester gjorda av US Navy US Navy har tillsammans med Sandia National laboratories testat PEFC bränsleceller på 20 olika ställen i USA. Bränslecellerna är på 5 kw och har tillverkats av Plug Power. Testerna har sammanfattats i nedanstående tabell. Start Date 8/10/2004 Thru Date 8/31/2005 Hours of Operation (Hours) 132,149.3 kwh Output (kwh) 325,415.5 Fuel Consumption (MMBTU) 4,354.4 Electrical Efficiency% 25.52 % Availability % 95.27 % Capacity Factor % 47.06 % Mer detaljerad information finns på nedanstående länk. http://www.sandia.gov/fuel_cell/index.htm PEFC system för småhus i Japan Japan har ett omfattande program för små stationära bränsleceller som finansieras av METI, Ministry of Economy, Trade and Industry,. De första systemen från Ebara Ballard installerades i premiärminister Kozumis residens. Under år 2005 beräknas 480 system ha installerats enligt planerna skall 6 millioner system ha installerats år 2020. Ett stort problem i Japan har varit att anpassa lagar och förordningar till bränslecellssystem exempelvis säkerhetsavstånd, kvävgas purge, mm. Tokyo Gas, Toshiba och IHI presenterade deras deltagande i projektet. Tokyo Gas kommer att använda många olika leverantörer till att börja med Ebara och Matsushita. Bränslecellerna kommer att ha effekten 1 kwe och spillvärmen skall i första hand användas för produktion av varmvatten. Bränslet kommer till att börja med att vara naturgas men visionen är att i framtiden skall lokalt producerad vätgas användas som bränsle. Dagens pris för ett installerat system är motsvarande 8600 USD. Då ingår service och en kraftig rabatt på gaspriset. Den beräknade livslängden för systemen 14

kommer att vara mer än 10 år och 4000 starter. Det finns en del information på engelska på denna länk, http://www.tokyo-gas.co.jp/pefc_e/index.html Toshiba säljer idag ONSI 200kWe PAFC system i Japan. De tillverkar idag 20 PEFC 1 kwe system per månad för det japanska programmet. Toshibas planer är att inom kort utöka produktionskapaciteten till 10 000 system per år. Idag är verkningsgraden 31-33 % och MTBF, mean time between failure, 3300 timmar. Högtemperatur PEFC Nytt för i år är att en hel session ägnades åt högtemperatur PEFC. De stora fördelarna är att de är betydligt mindre känsliga för föroreningar av vätgasen exempelvis kan CO-halter på flera procentenheter tolereras. En annan fördel är att eftersom de arbetar vid temperaturer mellan 120ºC och 200Cº kan spillvärmen användas betydligt effektivare för till exempel uppvärmning av hus jämfört med konventionella PEFC. Högtemperatur PEFC består i regel av en polymerelektrolyt som även innehåller fosforsyra i bunden i gelform eller på annat sätt. Det kan också vara någon annan syra. Klart marknadsledande är PEMEAS som har samarbete med flera olika tillverkare. Plug Power annonserade att de börjar studera membran från PEMEAS för att använda i sina stackar. Det gäller speciellt de som skall användas i småhus. Motorola presenterade en 25We HT-PEFC som använder metanol som bränsle och arbetar vid 160ºC. Bränslecellen togs fram i samarbete med US Army. Till skillnad från konventionella PEFC kräver denna bränslecell ingen uppfuktning. En svårighet är att hitta lämpliga material för tätningar som har tillräcklig livslängd vid 160ºC. PEFC Plug Power Plug Power har levererat 425 PEFC system till 10 olika länder de flesta 5 kwe för användning i mindre hus. Plug Power har nu en ny 5 kwe modell, väsentligt mindre och mer anpassad för industriell produktion, färdig för tester på fältet. De första 10 enheterna skall användas av US DOD på en flygbas i Georgia. Den nya modellen har ungefär halva vikten av föregående generation och 60 % mindre antal delar. Ener1 Demonstration av biomassa för en bränslecell i Florida I Florida produceras 70 % av USAs produktion av citrusfrukter. Efter användning finns det årligen 5 millioner ton av våt biomassa kvar som avfall, främst apelsinskal. Det motsvarar en potentiell produktion cirka 550 millioner liter metanol och tre gånger så mycket etanol. Idag används biomassan främst till produktion av melass och som foder till boskap. Det är ingen speciellt lönsam hantering. Projektet är att installera ett 10 kwe system från Idatech som skall placeras på en rastplats vid en större motorväg i Florida. Bränslecellen skall använda metanol producerat från citrusfruktskal som bränsle. DOE är med och finansierar projektet. Florida är eden näst mest besökta delstaten i USA så projektet har förutsättningar att få stor uppmärksamhet. 15

PEFC bränsleceller Honda Honda hade en stor exponering på Fuel Cell Seminar. De hade flera presentationer bland annat som tidigare nämnts en Key-note presentation, en stor utställning och fordon som var tillgängliga för provkörning. Dagens Honda FCX väger 1670 kg. Bränslecellen har en effekt på 80 kw, den kan köra ca 300 km på en tank och toppfarten är 150 km/h. Den kan startas i minusgrader och testas sedan en tid tillbaka i New York området. Nästa modell kommer att en stakare bränslecell 100 kw och kunna startas i minus 20 C. Idag finns 43 Honda FCX i drift. Honda har utvecklat ett eget membran, ett så kallat Aromatic Elektrolyte Membrane, det innehållet sulfone substares med mycket hög jonkonduktivitet. Detta gör att det är möjlighet för bränslecellen att arbeta ner till 20 C. Stackens arbetstemperatur kan vara upp till 95 C vilket kan lösa en del av problemen med dagens fluorbaserade membran. DaimlerChrysler DaimlerChryslers första bränslecellsbil togs i drift 1994. Den kallades Necar 1 och var i princip en skåpbil med en mindre kemifabrik ombord. Idag har DaimlerChrysler mer än 100 bränslecellsfordon i drift på många ställen i världen. Av dessa är 60 st modell FCell en personbil baserad på Mercedes A-klass. Dessa har tillsammans gått med än 500 000 km. Användarna finns bland annat i USA, Singapore, Tyskland och Japan. 33 st Citaro stadsbussar finns i drift i 10 städer i Europa och i Perth, Australien. Beijing kommer att ett antal Citaro bränslecellsbussar i drift under den kommande olympiaden. Idag har dessa bussar tillsammans gått mer än 1000 000 km. Det finns ett antal Mercedes Sprinter skåpbilar med bränsleceller. De används bland annat av UPS. Fordonen testas i många olika sorters klimattyper och under olika omständigheter. Det är en stor fråga att få tillstånd att använda fordonen eftersom varje brandchef har sin egen åsikt om hur vätgas skall hanteras. Nästa generation bränslecellsfordon från DaimlerChrysler blir baserad på B-klass, en något större personbil än A-klass. DaimlerChrysler räknar med att ha 100 000 bränslecellsfordon i drift år 2015. Plug Power HT-PEFC Plug Power har börjat inse att vanliga PEFC stackar kan ha stora begränsningar vid en bred kommersialisering speciellt för användning i mindre hus. Bränslecellsstacken är väldigt känslig för föroreningar i vätgasen enstaka ppm CO kan kraftigt försämra 16

livslängden. Den låga arbetstemperaturen gör det svårt att utnyttja den producerade värmen för uppvärmning. Plug Power har börjat samarbeta med PEMEAS, världen förmodligen ledande tillverkare av HT-PEFC. PEMEAS membran innehåller fosforsyra i gelform. Stackarnas arbetstemperatur är kring 160 C. En annan stor fördel är att det inte krävs någon aktiv uppfuktning av stacken och reformern kan vara mindre komplicerad jämfört med konventionella PEFC. Mer information www.plugpower.com www.pemeas.com www.vaillant.com Vätgas som energibärare Vätgas hade en egen session. De stora frågorna dom togs upp var lagring och produktion av vätgas. Några bra websidor www.hydrogen.gov, en informationssida om vätgas publicerad av NSTC I USA President's National Science and Technology Council (NSTC). www.hydrogen.energy.gov, UD/DOE vätgasprogram www.iphe.net, International Partnership for Hydrogen Energy Vätgas producerad från kärnkraft Vätgas kan produceras med elektrolys med el från dagens kärnkraftverk. Verkningsgraden från en sådan process är dock inte särskilt hög kring 20 %. Denna verkningsgrad kan höjas väsentligt om avancerade reaktorer används och elektrolysen sker under hög temperatur. För att splittra vatten i syre och väte krävs temperaturer kring 2500 C. Det kan teoretiskt göras i en högtemperatur reaktor. Men det finns väsentligt bättre alternativ med termokemiska cykler. Tre olika termokemiska cykler tests i laboratorier med framgång, Svavel-jod processen (S-I) Westinghouse eller Hybrid svavel cykeln (HyS) Japanska UT-3 (Ca- Brom -Fe) Svavel-jod beskrivs i detalj. Den arbetar vid 900 C verkningsgraden kan vara upptill 55 %. Den kan utföras lämpligast i en helium gaskyld reaktor. Den beräknade produktionskostnaden för vätgas i full kommersiell skala uppskattades till 1,50 USD/kg. Det finns idag egentligen inga tekniska eller ekonomiska hinder för att börja utveckla tekniken. 17

Portabla bränsleceller Portabla bränsleceller nämndes i många sammanhang med hade också en helt egen session. Utvecklingen verkar ha gått snabbt fram inom området. Skälen till detta kan var dels att militären är väldigt intresserad och stöttar forskning och utveckling av portabla bränsleceller. De portabla bränslecellerna konkurrerar i regel mot batterier och då är bränslecellerna i många fall betydligt bättre. En av de ledande tillverkarna av små direktmetanolbränsleceller, DMFC system, är MTI Micro Fuel cells. Shimson Gottesfield gjorde en intressant presentation och visade flera olika tillämpningar av micro bränsleceller. Han räknar med att denna typ av bränsleceller kommer att finnas ute på marknaden i stor skala redan år 2010. Mer information med bland annat beskrivningar av tillämpningar av micro bränsleceller finns på web-sidan. www.mtimicrofuelcells.com Portabla SOFC AMI, Adaptive materials, USA, presenterade ett portabelt mikro bränslecellssystem baserat på SOFC teknik. Systemet är utvecklat i samarbete med US Army. Ett system på 20 W kommer för en tredagars expedition att väga 4,1 kg inklusive allt bränsle. Ett motsvarande batteripaket väger 23 kg och har tre gånger så stor volym. Systemets har testats i fält och en orospunkt var värmesignaturen, men en kopp kaffe har väsentligt högre signatur. Systemet var i princip helt tyst på 20 m avstånd. En stor fördel med SOFC är att det inte är känsligt för omgivningens temperatur systemet har fungerat från -40ºC upp till +50ºC. SOFC är bränsleflexibel, svavelhalter upp till 145 ppm är inget problem. Idag används i första hand propan som bränsle. Starttiden är idag 15 minuter men nästa år skall den svara nere i 6 minuter. Mer detaljer och info finns på länken, www.adaptivematerials.com 18