BRÄNSLECELLER 2/05 Elforsk projekt 2284

BRÄNSLECELLER 2/05 Elforsk projekt 2284 Fuel Cell Seminar 2004 Bengt Ridell Carl Bro Energikonsult Markku Rissanen - ABB AB, Corporate Research Henry B Gonzales Convention Center. San Antonio, TX, USA Innehåll 1. SAMMANFATTNING AV KONFERENSEN... 1 2. FÖRORD... 2 2.1 Öppningsanföranden och Plenary Lectures... 2 3. THE GLOBAL VIEW... 5 4. PEFC OCH FUEL PROCESSING... 9 4.1 PEFC membran och system... 9 4.2 Stationärt... 12 4.3 Transport och portabelt... 14 4.4 Vätgas... 15 4.5 Toyota HMFC... 16 5. MCFC... 16 5.1 MCFC + Turbin... 16 6. IT-SOFC... 17 7. SOFC... 19 7.1 Stationärt... 19 7.2 Transport/Portabelt... 23 8. UTSTÄLLNING... 23 9. ÖVRIGT... 26 9.1 Specialmarknader... 26 9.2 Smått och gott... 28 10. SLUTSATSER... 28

1. Sammanfattning av konferensen Det 20:e Fuel Cell Seminar avhölls i San Antonio mellan den 1-5 november, 2004. Till konferensen hade det samlats ca 2 000 deltagare från 30-talet länder, varav 10 personer var från Sverige. Temat för årets konferens var Technology, Markets and Commercialization. Förutom föredrag och posters fanns även en utställning där 156 företag och organisationer ställde ut. Främst koncentrerades konferensbevakningen på stationära bränslecellssystem, men även på andra områden som kan tänkas ha en påverkan på det stationära området. De flesta föredragen var kring PEFC och därefter SOFC. Konferensens ordförande Mike Binder, DOD (Department of Defense), USA inledde med att förklara att bränsleceller kommer att vara kommersiella inom 5 år, med tillägget, och så har det varit i minst 35 års tid. Detta uttalande gjorde kanske att leverantörernas löften angående vilka årtal och till vilka priser bränsleceller kommer att vara kommersiella uteblev nästan helt under föredragen. Detta präglade även utställningen där löftena var färre än vanligt. För övrigt kan konferensen sammanfattas i nedan punkter: Energy security och freedom fuel (bränsle som kan produceras inom landet) nämndes många gånger som ett viktigt syfte med att införa bränsleceller och vätgas. Även miljöfrågorna och CO 2 -utsläpp fick stort utrymme i presentationerna från USA. De årtal som nämndes ofta var 2015 och 2020, som tidpunkter då industrin måste fått fram kommersiella produkter om tekniken skall kunna överleva. Det gällde speciellt bilindustrin. PEFC:s känslighet för CO och andra föroreningar nämndes vid många tillfällen. Flera olika företag, även dagens PEFC-tillverkare, exempelvis Plug Power, studerar högtemperatur PEFC för att slippa dessa problem. PEMEAS visade lovande resultat och även nya produkter för högtemperatur PEFC. Flera aktörer och konsultföretag arbetar målinriktat med att förbättra konstruktionen, göra kompaktare bränslecellsystem och anpassa bränslecellerna för kommersiell produktion, exempelvis Entegris tillsammans med PlugPower och Etek tillsammans med DeNora/Nuvera. Nya typer av bränsleceller presenterades; Toyota:s HMFC (hydrogen membran fuel cell) för användning i fordon som då kan tankas med flytande bränsle såsom kolväten, alkoholer och DME (Dimetyleter). US/DOE presenterade en direct carbon fuel cell för användning i stationära kraftverk. Anoden består av kol som förbrukas. I Japan studeras möjligheten att blanda i illaluktande odoranter i vätgas för att kunna känna lukten vid eventuella läckage. Hydrogenics, Canada, har förklarat sin bränslecellmodul HyPM10 för kommersiell. Bränslecellen säljs med en garanti på 1 000 timmar. Plug Power förklarade att de idag har mer än 300 bränsleceller placerade ute i fält hos 50 olika kunder. 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 möjlig- 1

heter att använda bränsleceller inom olika områden för clean coal vilket presenterades på konferensen. Siemens-Westinghouse SOFC höll en låg profil. De kommer tillsvidare att koncentrera sin verksamhet på en 125 kwe atmosfärisk SOFC. Officiellt beror det på att de inte har funnit någon lämplig turbin att kombinera sin bränslecell med. Men resultaten från en 250 kwe SOFC anläggning i Toronto presenterades av kunden och de var tyvärr en stor besvikelse på grund av de låga effekterna, 193 kwe (AC peak ) och 143 kwth. US/DOE presenterade sin utredning om varför man inte längre kommer att stödja FoU av reformering ombord i fordon. Utredningen visade att flera av de tidigare uppställda förväntade kriterierna för tekniken år 2004 inte hade uppnåtts. Utredning ansåg vidare att det inte finns möjligheter att kunna nå flera av dessa mål. Haldor-Topsøe gjorde en uppmärksammad presentation om sin SOFCutveckling tillsammans med Risø. Uppenbart är att de är mycket aktade inom området. Utvecklingen av portabla bränsleceller går snabbt fram. Det finns nu bränslecellsystem som är vida överlägsna litiumbatterier i effekttäthet. Det finns koncept framme för massproduktion och försäljning av små DMFC. UTC kommer att fortsätta med PAFC. De utvecklar ett nytt system som de kallar PureCell 200. 2. Förord Det 20:e Fuel Cell Seminar avhölls i San Antonio mellan den 1-5 november, 2004. Till konferensen hade det samlats ca 2 000 deltagare från 30-talet länder varav 10 personer var från Sverige. Temat för årets konferens var Technology, Markets and Commercialization. Förutom föredrag och posters fanns även en utställning där 156 företag och organisationer ställde ut. Främst koncentrerades konferensbevakningen och skrivandet av denna rapport på det stationära bränslecellsområdet. Men även av andra områden bevakades som kan tänkas ha en påverkan på det stationära. De flesta föredragen var kring PEFC och därefter SOFC. 2.1 Öppningsanföranden och Plenary Lectures Konferensens ordförande Michael Binder, DOD (Department of Defense), USA inledde med att förklara att bränsleceller kommer att vara kommersiella inom 5 år och så har det varit i minst 35 års tid. Detta uttalande gjorde kanske att leverantörernas löften angående vilka årtal och till vilka priser de olika kommer bränslecellerna kommer att vara kommersiella denna gång uteblev nästan helt under föredragen och utställningen. Binder poängterade att trots alla framsteg är bränslecellvärlden i ett desperat behov av en succé, en produkt som går att köpa till ett rimligt pris och som fungerar bra. I de olika inledningsanförandena från lokala politiker betonades att bränsleceller kan komma att få en mycket viktig roll i framtida energisystem. Det kommer dock att ta lång tid innan tekniken är vanlig bland allmänheten efter det att den är tillgänglig. Jämförelser gjordes med andra tekniker; cykeln 67 år, radion 50 år osv. För att på- 2

skynda utvecklingen är offentlig upphandling och användning av bränsleceller en viktig åtgärd. Bränsleceller på offentliga byggnader blir synliga för många och hjälper industrin att få avsättning för sina produkter. Leticia Van de Putte, senator i Texas, beskrev bränslecellsaktiviteterna i Texas. I San Antonio hade de en mindre bränslecellsenhet gående på propan, de hade tidigare haft en som gått på naturgas på University of Texas. Hon pekade på att det fanns tre områden i USA som satsade stort på renewables /grön energi, dessa var Kalifornien, Texas och New York och speciellt Long Island, New York. Bob Rose, från US Fuel Cell Council, som fick årets Fuel Cell Seminar Award, presenterade sin vision att i USA investera 60 miljarder USD de närmaste 15 åren för utveckling av bränsleceller och teknik för vätgas som energibärare. Bland annat kunde en freedom-fee införas (på exempelvis 0.60 cent/tunna olja) för en övergång till ett samhälle som är oberoende av fossila bränslen. Detta på grund av att samtidigt som konsumtionen av el ökar, så minskar oljan och oroligheterna ökar i de oljeproducerande länderna. Han presenterade ett detaljerat program där hälften av medlen skulle gå till FoU och resten till marknads- och applikationsutveckling. Vidare refererade han till en undersökning som Toyota hade gjort där man hade konstaterat att bränsleceller var framtiden. Föredraget, som mottogs med stort intresse och engagemang, hölls mitt under pågående presidentval i USA, där Bob ansåg att för bränslecellsindustrin var valet inte så viktigt, då både Bush och Kerry förespråkar en vätgasutveckling. Försäljningen av bränsleceller har det senaste året ökat med 41 % från 240 MUSD år 2002 till 338 MUSD år 2003 samtidigt som kostnaderna för FoU ökade med 13 % under samma period från 764 MUSD till 859 MUSD. Bernard Frois, Ministry of Research and New Technologies, Frankrike, ansåg att 2004 var ett stort och viktigt år för bränsleceller pga. av att nya starka organisationer hade bildats och försäljningen hade ökat. Han betonade att vätgas är bra för att det går att framställa från många olika källor. I Frankrike kan kärnkraft användas, i Polen och USA blir troligen kol mer aktuellt och till slut kan kanske förnyelsebara energikällor användas. Han uppskattade att det kommer att krävas i storleksordningen 1 000-5 000 miljarder dollar för att 30 % av bilflottan skall vara bränslecellsbilar år 2050. Han poängterade att det var mycket pengar men att vi måste börja nu för att något skall hända. Bernard Frois som också är direktör inom DoE (Transport, Environment and Natural Resources), berättade om IEA:s aktiviteter. Det fanns speciellt fyra områden som han tyckte var intressanta att studera och som det fanns rapporter om. Dessa var: 1. Hydrogen & Fuel Cells, 2. World Energy Outlook, 3. Hydrogen, och 4. CO 2 Capture & Storage. Frois förespråkade vätgas som en clean energy carrier, en CO 2 -fri lösning för transport som ger reducerade emissioner. Kombinationen solceller och vätgas tyckte han var mycket intressant. Satsningar i Europa kommenterades, bl.a. nämndes CUTE-projektet. I Japan pågår många försök, bl.a. stationära bränsleceller på 31 platser runt om i Japan. Den finansiella uppbackningen i olika länder kommenterades. I USA spenderas ca. $1.7 B på 5 år inom nationella program, i Europa Euro 2 B och i Japan ungefär samma summa. Liknelsen är dock inte helt relevant då man i EU siffran har räknat in allt inom Renewables och i USA-siffran 3

endast bränslecellssatsningar. Standarder och föreskrifter ansåg han som en major issue. Ett internationellt samarbete var kritiskt att få till för att få igång marknaden. Ett viktigt steg i denna riktning var IPHE (International Partnership for the Hydrogen Economy). Medlemsländerna i denna täcker 3.5 miljarder personer och 85 % av väldens GDP ( Gross Domestic Product), > $35 Trillion ). Sverige är inte med i detta partnerskap ännu. Från tillverkarsidan gjordes plenary lecture s från PlugPower och Fuel Cell Energy. Roger Saillant, CEO PlugPower, påpekade att det återstår mycket hårt arbete innan bränsleceller kommer över diket till kommersialisering. Det går snart att sälja till early adopters ($8000-20 000/kWe) men för att nå den stora allmänheten måste priset för stationära anläggningar och back-up power ner till storleksordningen $500/kWe. Han nämnde även att det inte finns någon killer applikation. En mycket stor utmaning är att få ner priset på kringutrustning. Det gäller speciellt: avsvavlingsutrutning värmeväxlare omriktare reformers (de måste även bli mer tillförlitliga och effektivare). Det finns fortfarande en lång lista över utmaningar som ännu inte är lösta, föreskrifter och standarder, kostnader, systemverkningsgrader, tillgänglighet, volym, allmän acceptans av vätgas osv. Plug Power betonade att utveckling av högtemperatur PEFC kan komma att bli nödvändig före en fullständig kommersialisering. Systemen kräver färre delar, tekniken blir enklare och då ökar tillförlitligheten. Även verkningsgraden ökar och värmen blir mer användbar som produkt. Vidare finns möjligheter för trigen då enheten skulle kunna användas för kylning. Jerry Leitman, Fuel Cell Energy, presenterade status för högtemperaturbränsleceller, MCFC och SOFC (visst material hade han fått från Ansaldo och Siemens- Westinghouse för presentationen). Enligt honom är MCFC redan idag kommersiellt tillgänglig. Han betonade fördelarna såsom: Hög verkningsgrad Bränsleflexibla, kan ge låga bränslekostnader Tålighet mot CO, CO 2 m.m. Möjligheter att använda den producerade värmen Hybridanläggningar, högtemperatur-bränsleceller och turbiner i samma process kan ge mycket höga verkningsgrader Det finns en stor marknad för storlekar mellan 100 kwe och 5 MWe speciellt för större byggnader och industrier. Offentliga och statliga ägda byggnader är en stor marknad. UPS för fängelser nämndes speciellt som en viktig nischmarknad. Det finns idag cirka 20 utvecklare och leverantörer av MCFC och SOFC. MCFC har ett stort demonstrationsprogram i drift med ett 30-tal anläggningar för olika bränslen och användningsområden, totalt har ca 50 GWhe producerats och den siffran kommer att mer än fördubblas under 2005. 4

För den fortsatta utvecklingen av MCFC och SOFC krävs: Fortsatt statligt stöd för FoU Fortsatt statligt stöd för demonstrationsanläggningar Lägre kostnader Kraftbolagen behöver andra incentives, än bara högsta möjliga verkningsgrad för distribuerad generering, för utrustning såsom bränsleceller. Exempelvis, miljöaspekter, subventioner, straffavgifter etc. Föreläsaren ville inte nämna några mål för prisnivåer eller datum för fullständig kommersialisering av bränslecellerna. Samuel Bosson, US Dept. of Transport, presenterade deras arbete med säkerhetsfrågor och allmänbildning inom vätgasområdet. Demonstrationsanläggningar ute i fält är mycket viktiga för att utveckla säkerhetsfrågor och för att få fram fakta för föreskrifter och standarder kring bl.a. vätgaslagring, tankning och detektion av läckor. Information kring säkerhetsfrågor för vätgas som energibärare går att finna på websidan, www.hydrogensafety.info/. Denna information uppdateras löpande och arbetet administreras av US National Hydrogen Association. 3. The Global View En session tillägnades kring vad som sker inom olika organisationer, länder och i tillverkar- och användarkretsar. Agostini Iacobazzi, ENEA, pratade om vad som sker inom IEA:s Hydrogen Implementing Agreement (HIA). Målet med programmet är att påskynda implementeringen av vätgas för att få en utspridd användning. Olika så kallade Task har pågått sedan 1977. Pågående är Task 14: Photoelectrolytic H 2 Production, Task 15: Photobiological H 2 Production, Task 16: Hydrogen from carbon Containing Materials, Task 17: Solid and Liquid State Hydrogen Storage Materials och Task 18: Integrated Systems Evaluation. Ytterligare tre Task är under utredning. Sverige deltar aktivt i Task 14 (Lars Vallander, Energimyndigheten),15 (Peter Lindblad, Uppsala Universitet) och Task 18 (Sydkraft). Mer information finns på web-sidan, www.ieahia.org/. Lauren Inouye, Sentech Inc., berättade om president Bush s Hydrogen Fuel Initiative, där han år 2003 reserverade $1.2 billion, till att utveckla vätgassektorn för att minska oljeberoendet från utlandet. Uppemot 55 % av den konsumerade oljan i USA kommer från utlandet. Bidraget var både till transport- och den stationära sektorn. Ett mål från Bush, som har fått genomslag, är att den amerikanska medborgaren år 2020 skall kunna välja om han vill köra en bränslecellsdriven bil. Två kritiska teknologiska barriärer som nämndes var att nå en vätgaslagring på > 300 mile range samt en kostnad för vätgasproduktion kring $1.5-2/GGE (Gasoline Gallon Equivalent). Vidare har, från år 2004-2008, Hydrogen Fuel Initiative + FreedomCAR fått $1.7B. Mer information finns på, www.hydrogen.gov/, där administration av statliga aktiviteter sker. Lauren pratade även om IPHE (International Partnership for the Hydrogen Economy) och tyckte att det var mycket bra att man hade fått ihop de länder som deltog, speciellt Kina, Indien och Island. Detta nätverk är en mycket viktig för att strukturera upp 5

den globala vätgasutvecklingen. Medlemsländerna står för: över $35 Trillion i GDP, motsvarar 85 av väldens GDP ( Gross Domestic Product) över ¾ av världens elkonsumtion 2/3 av världens globala energikonsumtion och 2/3 av väldens CO 2 -emissioner. Sverige är inte medlem i detta nätverk, författarnas åsikt är att Sverige bör utreda om vi bör delta i detta nätverk. Mer information finns på www.iphe.net/. Haruhiko Ando, Ministry of Economy, Trade and Industry (METI), Japan, presenterade Japans policy för att kommersialisera bränsleceller och vätgasteknologi. Han betonade 5 fördelar med att introducera bränsleceller: hög verkningsgrad diversifiering av energitillgångar skapandet av ny industri och nya arbetstillfällen användning av distribuerade energi-resurser minskning av utsläppsnivåer av föroreningar och därmed en bättre miljö. Målet är att i Japan ha en stationär elproduktion med bränsleceller (främst PEFC) motsvarande 2.1 GW år 2010, 10 GW år 2020 och 12.5 GW år 2030. Bland företagen som låg längst framme inom området nämndes Ebara Corp., Sanyo, Nippon Oil, Toshiba, Toyota och Matsushita. På EXPO 2005 (världsutställningen) kommer Japan att demonstrera flera bränslecellssystem som kommer att försörja delar av utställningen, bl.a. kommer ett 800 kw PAFC, ett 720 kw MCFC och en 50 kw SOFC att finnas på plats. Under 2005 kommer även Panasonic och Ebara (Ballard) att marknadsföra kommersiella system. Ett stort demonstrationsprogram, där ca. 400 enheter skall ut i fälttester börjar också. Internationellt arbetar de i IPHE. Samarbete finns också mellan METI och DOE samt att METI/NEDO har startat ett internationellt finansieringsprogram för FoU. Jari Kiviaho, VTT, Finland, berättade om Finlands nationella SOFC program. Målet med detta är att utveckla en ny teknologi och tillhandahålla en utvecklingsplattform för industrin. Detta görs i första hand med tanke på Wärtsilä men även för andra mindre företag som är intresserade av att utveckla komponenter till bränslecellssystem eller APU-system. Hos VTT demonstreras ett 5 kw SOFC-system. Wärtsilä har också en egen aktivitet där ett 20 kw system skall demonstreras som sedan skall produktifieras. VTT:s anläggning använder i första hand naturgas som bränsle men även diesel och gas från biomassa är också av intresse. De har testat en 1 kwe stack från Jülich och planerar att testa en 5 kwe stack från Jülich i början av 2005. Vidare har VTT ett samarbete med Haldor Topsøe och Wärtsilä de deltar också i ett EUprojekt (Real-SOFC) där de kommer att testa stackar från Jülich och HT Ceramics. Uppenbart var att VTT var mycket stolta över att de hade startat upp så många SOFC-aktiviteter i Finland på 2 år. Dean Richardson, Alberta Research Council (ARC), pratade om skillnaden mellan industriella laboratorier och företag inom den privata sektorn beträffande kommersialisering av bränsleceller. En ny verklighet hade dykt upp för de privata bränslecells- 6

företagen, där fokus låg på att sänka kostnaderna och att göra sig av med, som han uttryckte det, extra baggage. Aktiekurserna har rasat och vägen till kommersiella produkter var längre än vad som var tänkt från början. Vidare var det intressant enligt ARC att industrin hade en så viktig roll i FoU:n kring bränsleceller. Utvecklingen av området hade också lett till att det hade bildats en marknad för system- och kringkomponenter. Hugues Van Honacker, European Commission DG Research, berättade om EU:s satsningar inom olika Framework Programs (FP), bl.a. det pågående FP6 och FP7 som börjar år 2006. FP7 blir ungefär dubbelt så stor som FP6 i pengar. Av den energi som konsumeras inom EU importeras runt 70 % och konsumtionen ökar stadigt. Bland EU-projekt där Sverige deltar nämndes, CHRISGAS (Växjö, Lund) och HYTRAN (Volvo). Inom FP6-2004-Energy-3 pågår flera bränslecellsaktiviteter inom bl.a. högtemperatur-bränsleceller och CHP-applikationer. Föredraget gav ett något förvirrat intryck och känslan var att konferensdeltagarna upplevde EU:s program och aktiviteter som komplexa. Ki Chul Seong, Korea Electrotechnology Research Institute, pratade om utvecklingen av bränslecellssystem för kraftgenerering i Korea. Över 97 % av energin som konsumeras i Korea importeras. Korea är involverat både på transportsidan, bilar, mopeder och motorcyklar, samt på den stationära sidan. Bland olika aktiviteter som har utförts kan nämnas att de har demonstrerat ett 50 kw PAFC-system och byggt ett 100 kw MCFC-system (klart under 2004). Ett 3 kw PEFC-system och en 200 W DMFC är under utveckling. De anser att bränsleceller är nära kommersialisering, med vätgas och naturgas som bränslen. Dock är det fortfarande viktigt att sänka kostnaderna och pålitligheten måste ökas. En ny infrastruktur behöver också byggas upp. Korea avser att öka andelen alternativ energi från dess 1,4 %, år 2002, till 5 % år 2011. Enligt planerna skall det år 2012 finnas runt 50 st. vätgasstationer tillgängliga och runt 300 st. distribuerade kraftsystem i Korea. Förverkligandet av vätgassamhället förutsågs till omkring år 2050+. Hyundai var den stora inhemska starka spelaren, på bilsidan. Vidare nämndes att Korea hade ett strategiskt samarbete med FCE, MTU och Ansaldo inom MCFC. Mark Williams, DOE, gav en presentation om US DOE:s stationära bränslecellsprogram. Över 50 % av USA:s energi kommer från kol, varför Mark tyckte att vätgas till viss del även måste komma från kol. Ett 10-årigt projekt kallat FutureGen, finansierat med $1 B från president Bush, arbetar med detta. En stor prototyp i MWstorlek skall byggas för att visa hur kolet skall förgasas. Anläggningen kommer sedan att ångreformera syntesgas till vätgas som leds till en SOFC-stack. Vidare berättades om SECA-programmet vilket han ansåg var USA:s major national stationary fuel cell program. I detta ingår bl.a. att nå målet $400/kW för ett 5 kw SOFCsystem år 2010. Bland de viktigare deltagarna inom SECA nämndes Cummins, Acumentrics, Delphi-Batelle, Siemens-Westinghouse, GE och FCE. En noterbar milsten var att S-W hade producerat över 1 000 tuber. Vidare nämndes att bränslecellsoch turbinhybrider är nödvändiga för att nå DOE:s mål inom Advanced Power Plants. FCE kommer att ha en sådan hybrid år 2005, men även GE arbetar med en SOFC/turbin-hybrid. Bland globala initiativ nämndes att Kina är en mycket snabbt växande marknad samt att under de olympiska spelen år 2008 i Beijing kommer 7

många bränslecellsprojekt att visas. Japan ansågs vara funding leader för bränslecellsutvecklingen. Till sist konstaterades att bränsleceller continue to enjoy record R&D funding levels, vilket är tvärtemot vad som sker i Sverige. Dan Rastler, EPRI, avslutade sessionen med ett föredrag om erfarenheterna från diverse företag/slutanvändare som har testat bränsleceller ute i fält. Han betonade att det var mycket viktigt att få med så kallade early adopters för utvecklingen som kunde testa enheterna och ge konstruktiva synpunkter och kritik. De är också viktiga så att bränslecellstillverkarna får tillgång till relevanta testplatser samtidigt som de kan fungera som framtida kanaler till större marknader. Kring olika projekt berättades främst om följande projekt, se tab. 1. Tabell 1: Översikt av demonstrationsprojekt hos slutanvändare. Company Fuel Cell Technology Application/Motivation Chugach Electric 1 MW PAFC Premium Power FirstEnergy 10 kw SOFC National Park Demonstration Los Angeles Dept. 200 kw PAFC Prime Power Water & Power = 250 kw MCFC Two units for Prime Power and one unit for Water Treatment Plant ADG = 5 kw SOFC Residential demo. New York Power Authority 200 kw PAFC Premium Power; Water Treatment Plants = 250 kw MCFC Cogeneration at a university Ontario Power 250 kw SOFC Cogeneration at a university Generation Salt River Project 5 kw PEFC Demonstration at a university = 250 kw MCFC Cogeneration at a university We Energies 5 kw PEFC Demonstration Projektet i Chugach med 5 x 200 kw PAFC, var ett $5.5 M demonstration om hur 5 st. enheter kunde styras och vara i drift. Projektet som är färdigt överraskades för övrigt av en signifikant kostnad för nermonteringen av avläggningen (ingen summa nämndes). NYPA har 2.4 MW bränslecellseffekt i drift, mest PAFC. År 2005 kommer de att ha 12 st. enheter i fält då de kommer att installera en 250 kw:s FCE-enhet på NY State University (parallell med nätet). Bland lärdomar noterades från ADGprojekt (Anaerob Digester Gas) att bränslecellerna ofta stänger av på grund av variationer i metan-koncentrationen. Kontrollalgoritmer för naturgas är inte alltid användbara för ADG. LA Dept. of Water & Power är en annan early adopter som har investerat $1.45 M i bränslecellsanläggningar. Ontario Power har ett 250 kw system från Siemens- Westinghouse, som har gett 193 kwe ( AC peak ) och 143 kwth, de låga effekterna var en besvikelse samt en total drifttid på mindre än 1500 timmar. För nästa år (september) planeras en minigrid hos Ontario Power med 4 x 5 kwe med FCT- enheter. FirstEnergy projektet innehåller 2 x 5 kw enheter från Acumentrics medan Salt River och We Energies är 2 st. 5 kw Plug Power enheter. Till sist sades att priset på enheterna fortfarande är för höga, att installationskostnaderna oftast är högre än de 8

förväntade och att slutanvändarna vill ha kompletta integrerade system lösningar levererade. 4. PEFC och Fuel Processing Att reformera flytande bränslen ombord fordon anses vara en övergångsteknik till dess att frågorna kring infrastruktur och lagring av vätgas är färdigutvecklade. President Bush s tal i januari 2003 har accelererat de tidigare planerna för en kommersialisering av vätgas som energibärare och därför har behovet av övergångstekniker minskat. DOE har nyligen beslutat att stoppa alla bidrag för FoU kring ombordreformering på fordon efter mer än 10 års stöd för utveckling av denna teknik. Beslutet grundades på en utredning beställd av DOE som påbörjades i januari 2004. Flera av de tidigare uppställda förväntade kriterierna för tekniken år 2004 hade inte uppnåtts exempelvis: Kallstartid: < 60s, status > 600s Transient svar: < 5s, status 10s Förväntad livslängd: 2000 h, status 1000 h Energibehov vid kallstart: <2 MJ/50kWe, status 7 MJ/50kWe De uppställda målen för år 2015, då kommersiell teknik skall finnas, är väsentligt hårdare. Utredningen ansåg att det inte finns möjligheter att kunna nå flera av dessa mål. Det gäller speciellt starttid, lastföljning och energibehovet vid kallstart. Engelhard presenterade en ny design för små ångreformeringsanläggningar lämpliga att användas vid tankstationer för vätgas. Principen är en monolytisk katalysator som beläggs på ett metallsubstrat. Katalysatorn kan beläggas direkt på plattvärmeväxlarplattor. Reformern arbetar i temperaturområdet 550 C 750 C. Med denna design är det enkelt att kyla bort och tillföra värme till reformern efter behov. Metallen gör att värmeledning blir väsentligt snabbare än i motsvarande keramiska material. Mesofuel, som har gått samman med Intelligent Energy Ltd, presenterade försök med att reformera olika typer av biobränslen för användning i PEFC (ReliOn/Avista) bränsleceller. PEFC har höga krav på renhet av vätgasen som i det närmaste skall vara CO fri. Biodiesel av märket Soygold, tillverkat av soyabönor, och etanol hade reformerats med bra resultat. 4.1 PEFC membran och system PEMEAS utvecklar högtemperatur PEFC. Företaget är startat av Celanese, en industrikoncern i kemibranschen. PEMEAS tillverkar ett membran med namnet Celtec. Celtec-P som finnas att tillgå på marknaden kan utan uppfuktning användas i temperaturområdet 120 C - 200 C. Membranen innehåller fosforsyra i fast eller gelform så att de inte skall kunna läcka syra. Det är viktigt att ta hänsyn till syran vid val av material så att inte korrosion uppstår. Högemperatur PEFC har en del stora fördelar gentemot vanliga Nafion-baserade PEFC då de tål väsentligt större föroreningar, bl.a. upptill 5 % CO nämndes. Detta underlättar väsentligt reformeringsprocessen. Kostnaderna för bränslecellsystemen 9

torde bli väsentligt lägre eftersom andelen katalysatorer och ädelmetaller är mindre än för konventionella PEFC. PEMEAS presenterade också ett nytt membran Celtec-V som är avsett för temperaturer från rumstemperatur upp till 160 C. Celtec-V är främst avsett för DMFC (direkt metanol bränsleceller). Föredragshållaren trodde att användning i laptop skulle vara idealiskt för dessa bränsleceller. Däremot kan den högre värmen vara ett problem för mobiltelefoner som är betydligt mindre och ofta förvaras i en ficka. En presentation från Universtity of Mines, Golden, Colorado, USA presenterade resultat från användning av HPA, Hetropolyacids, i Nafion membran. Användningstemperaturen kan då höjas till 120 C kanske även upp till 200 C. Försöken var lovande men det återstår flera problem att lösa. Bland annat så är syran lättlöslig i vatten vilket gör den svår att binda i Nafion. Det finns dock goda prognoser för att problemet skall kunna lösas. Olika typer av HPA material är under utveckling men mycket arbete återstår innan det finns en färdig produkt framme. DuPont Fuel Cells och UTC Fuel Cells presenterade den pågående utvecklingen av Nafion membranet. Dupont och UTC fokuserar på en förbättrad livslängd. De menade att kostnaden kommer att reduceras vid volymproduktion varför detta inte är speciellt viktigt att titta på idag. Att effekttätheten ökade var en bonus till deras valda fokus. Deras mål är 40 000 timmars livslängd för stacken. De pratade om mekanisk och kemisk stress på membranen och tätningsproblem i stacken. UTC arbetar inte med små förbättringar utan letar nya material för att kunna ta stora steg i utvecklingen. Kanske tyder det på att de är relativt långt ifrån de önskade målen med dagens membran? Plug Power utvecklar högtemperatur PEFC och anser att det kan komma att bli den produkt som blir kommersiell i storskala eftersom det finns många fördelar jämfört med Nafion baserade PEFC bl.a.: Väsentligt mindre känslighet mot föroreningar i vätgasen Färre delar ger bättre tillförlitlighet Högre verkningsgrad Bättre möjligheter att utnyttja värmen eftersom temperaturen är högre. Entegris har tillsammans med Plug Power utvecklat, kraftigt förbättrat och framförallt förenklat bränslecellssystemets uppbyggnad. Deras arbete visar att det finns mycket FoU kvar att göra för att underlätta en kommersialisering. Entegris har genom att förenkla processen, välja nya material och förpacka systemet bättre lyckats reducera; Vikten med 75 % Antalet delar med 50 % Kostnaderna med 40 %. ETEK har gjort liknande arbete tillsammans med DeNora/Nuvera för att förbättra val av material till bränslecellsstacken, speciellt katodmaterial samt effektivare katalysatorer. De har tagit fram nya metoder att belägga platina på kolstrukturer. Huvudmålen har varit att få ner kostnader samt att förbättra katalysatorernas funktion. 10

Japan Automobile Research Institute har undersökt möjligheterna att tillföra lukttillsatser till vätgas som skall kunna användas i en PEFC bränslecell. Ett krav är att odoranten skall vara svavelfri, vilket utesluter de vanliga odoranterna för naturgas, merkaptaner m.fl. Rapporten ingår i arbetet med föreskrifter och standarder för vätgas i Japan. Det kan vara en stor fördel för introduktionen av en infrastruktur för vätgas om gasen kan innehålla en kraftig lukt. En odorant får inte störa bränslecellens funktion och den skall inte kondenseras när vätgas lagras under högt tryck. Ett annat problem är att den måste lukta illa. Det finns en del odoranter som tyvärr luktar gott och som annars skulle kunna vara lämpliga. Tre olika odoranter ansågs lämpliga att undersöka vidare. 2,3 butanediode, lukt av härsket smör ethyl isobutyrate, en fruktig lukt 5-ethylidene-2-norbornene, lukt av kolgas. Ballard Power Systems presenterade en del av sina senaste resultat. Stora framsteg har skett när det gäller att starta PEFC bränsleceller i kallt klimat. Vid -30 C uppnåddes 50 % last inom 98 sekunder. En annan viktig fråga är att reducera mängden platina i bränslecellen. För 10 år sedan var det 10 mg/cm 2 i katalysatorn idag endast 1,0 mg/cm 2 och inom 10 år är målet att med hjälp av nanoteknik komma ner till 0,1 mg/cm 2. Idag har Ballard i lab-skala uppnått 0,3-0,5 mg/cm 2. Ballard utvecklar också nya tillverkningsprocesser där nanoteknik skall användas för beläggning av ytor. Spänningsnivån vid höga strömtätheter har ökat, idag kan Ballard nå 65 mv vid 1 A/cm 2. Ballard samarbetar med Johnson Matthey för att ta fram robusta katalysator material. Kol-innehållet i katalysatorn kan idag degraderas/oxideras, när vätgasen inte är tillgänglig. Det medför förlust av platina. Med nya material skall detta problem väsentligt reduceras. Batelle, har gjort en stor studie finansierad av DOE för att undersöka hur PEFC bränsleceller skall kunna bli kommersiella, både stationära och för transportområdet. 55 olika scenarier har studerats med hänsyn till 9 olika parametrar. År 2015 har valts som startår för scenarierna. Bland de viktigaste slutsatserna var: Bränslecellerna måste vara lätta att installera och ha låga underhållskostnader. Plug-and-play är mycket viktigt. Bränslet måste vara lättillgängligt. En nyckel för att nå marknaden för distribuerad kraft är att nätkostnaderna kommer att öka kraftigt i framtiden. Vilket anses troligt speciellt i USA. Staten skall inte bara stödja FoU och subventionera kommersialisering. Staten måste också vara en stor ledande kund. Priset är inte så känsligt för stationära system. Kundpriset kan förmodligen vara över 1000 USD/kWe. En del tveksamma frågor kom från publiken: Kan det verkligen bli höga elpriser och billigt bränsle samtidigt? Vad blir kraftbolagens roll? Hydrogenics, Canada har förklarat sin PEFC bränslecellmodul HyPM10, se fig. 1, för kommersiell. Det är ett komplett bränslecellsystem med effekten 10 kwe som 11

använder vätgas som bränsle. Det behövs ett 12V DC batteri för att starta bränslecellen. Fig. 1: Hydrogenics, HyPM10. En HyPM har klarat över 5 000 start- och stopp-cykler samt 4 500 drifttimmar och är fortfarande i drift. En enstaka modul testades med 5 000 start- och stopp-cykler inom 550 timmar med gott resultat. Bränslecellen har demonstrerats inom flera tillämpningar bland annat en gaffeltruck där bränslecellen är kombinerad med en ultrakondensator som klarar av snabba transienta belastningar. Bränslecellen finns även monterad i ett mindre fordon och finns tillgänglig för stationära tillämpningar. Hydrogenics tar nu fram moduler för 7, 10, 20 och 65 kwe. Hydrogenics kan även leverera reformers och elektrolysörer. 4.2 Stationärt I Alaska finns ett behov av avbrottsfri, miljövänlig och effektiv energi för avlägsna bostäder, telekomanläggningar, väderstationer och övervakningsutrustning för oljeoch gasindustrin. Arctic Energy Technology Development Laboratory (AETDL) vid University of Alaska i Fairbanks, arbetar tillsammans med Schatz Energy Research Center inom dessa områden. Kostnaden för dagens dieselsystem ligger mellan $0,20-0,80/kWh (inte känt om priset inkluderar bränslet) för avlägsna samhällen, ibland över $1/kWh för industriella applikationer. Då metanol finns tillgängligt i Alaska tror man sig kunna nå en lägre kostnad med ett bränslecellssystem där metanol används som bränsle. Redan 1998 gjordes tester med en PEFC-bränslecell och en dieselreformer men testerna visade att tekniken inte var mogen. AETDL väntade till år 2001 innan man bestämde sig för att gå vidare och testa ett 1 kw PEFC system med metanol som bränsle (63 % metanol i vatten), där reformern kom från IdaTech (FPM20) och bränslecellen från Schatz. Testning gjorde med en last av ca. 10 kwh/dag (typiskt för en avlägsen bostad). Systemet som användes gav 1 kw kontinuerligt och visade en elverkningsgrad på ca. 24 % (AC vid 1 kw). Reformern behövde 36 min, från kallstart, innan den började producera vätgas. Om DoD:s (Department of Defense) Residential Fuel Cell Program, som började år 2001, berättade ERDC/CERL (Engineer Research and Development Cen- 12

ter/construction Engineering Research Lab.), US Army Corps of Engineering. Kongressen delade ut $3,6M år 2001 för att demonstrera stationära PEFC-bränsleceller tillverkade i USA mestadels för användning i bostäder vid olika militära anläggningar. De har testat 83 PEFC-enheter vid 42 olika platser. För nästföljande år, 2002, delades det ut $3,4M, $4,3M år 2003 och $2,4M år 2004. Ingen delfinansiering från någon inblandad part behövdes. Målet med programmet var att utvärdera PEFCbränslecellernas roll i DoD:s anläggningar och se vilka prestanda de kunde ge i tilllämpningar vid militära baser. PEFC-enheterna skulle vara mellan 1-20 kw, vara en turn-key produkt, ge effekt i minst 1 år med en tillgänglighet av minst 90 %. Alla har testats i USA förutom ett i England och ett i Nya Zeeland. Mestadels har det rört sig om Plug Power system, några Avista system har testats samt att IdaTech är ny leverantör från år 2003. Naturgas, propan och vätgas har fungerat som bränslen. Från de digra resultaten kan noteras att under år 2001 erhölls en medelelverkningsgrad av 23.6 % och för år 2002 erhölls 24.7 % med naturgas (LHV). Med Avista-systemet som bestod av 6 x 500 W enheter erhölls en verkningsgrad av 56 % med vätgas. Resultaten från år 2003 och 2004 är under utredning. Mer information om testerna och resultaten finns på http://www.dodfuelcell.com. Finansieringen för år 2005 var ej klar vid konferensens tidpunkt. Från Japan pratade Toshiba International Fuel Cells om sin utveckling. De har erfarenhet av bränslecellsutveckling sedan 25 år tillbaka då de jobbade med PAFC (fosforsyrabränsleceller). Sedan 1999 har det arbetat med ett 1 kw PEFC-system för småhus marknaden. De har installerat runt 50 sådana system i hushåll oftast tillsammans olika gasbolag. Bränslen har varit stadsgas, LPG och vätgas. År 2004 års enhet, som är på 700 W, har visat en verkningsgrad på 37 % (LHV) och en total verkningsgrad på 87 %. Ett högt mål är att nå en ljudnivå av <39 db vid 1 m. Japansk lag kräver en tyst utrustning <45 db i bostadsområden och <40 db vid ex. sjukhus. Med 2004 års modell har de nått 42 db vid 1 m. Uppstartstiden för systemet är 45 minuter från kall start. Med PEFC-systemet sker nu långtids- och stabilitetstester. År 2005 planerar den japanska regeringen att starta en storskalig testning och demonstration av bränslecellssystem för att påskynda kommersialiseringen. Toshiba tänker delta i detta initiativ och levererar då hundratalet enheter till programmet. Målet är att nå en kostnad av $5000 för 2005-års enheter (700 W 1 kw) och ha en livslängd på stacken som är >20 000 timmar samt en medeltid mellan fel på systemet som är >4 000 timmar. Det företag som kanske har mest data från testning ute i fält av stationära bränslecellssystem är Plug Power. De berättade denna gång om pålitligheten hos deras 5 kw GenSys system. GenSys är ett system med reformer (ATR = Autothermal) som kan köras på naturgas eller LPG. Denna ger upp till 5 kw el och 9 kw värme (restvärme vid 65ºC). De har levererat mer än 300 system till fler än 50 kunder över hela världen sedan augusti 2001. Den är i första hand tänkt att köras parallellt med elnätet men kan även köras utan nätet. Ljudnivån är < 65 db vid 1 m. GenSys har hittills tillverkats i 6 olika versioner, B1-B6, varav den sista B6, har tillverkats i över 100 exemplar. Denna finns fortfarande i produktion. Plug Power verkar ha en fungerande organisation där de bl.a. har ett träningsprogram för dem som skall köra och utföra servicen på enheterna. Idag ligger fokus på att få ner kostnaden och på att öka tillförlitligheten. Ett sätt som har visat sig öka tillgängligheten är att vissa komponenter i systemet regelbundet körs, även om de inte behövs för tillfället, för att hålla dem i 13

god trim. Olika fel med stacken är det vanligaste felet, därefter kommunikationsproblem, diverse fel vid platsen för systemet samt fel med batterier. Från version B1 till B6 har tillgängligheten förbättrats med mer än en faktor 2. Utöver GenSys, som är ett PEFC-baserat system som kan köras på naturgas eller LPG, har de GenCore enheten (PEFC) som kan köras på vätgas. Denna finns i 24 V och 48 V versioner. Ett tredje system som de arbetar med är GenSite, som är ett reformer-baserat system för att producera vätgas, ger 99.95 % vätgas vid 10 bar. 4.3 Transport och portabelt Mesoscopic Devices och University of Utah presenterade en portabel SOFC med effekten 75 We. Syftet är att ta fram en effektiv batteriladdare för användning ute i fält som drivs med flytande logistiska bränslen, exempelvis flygfotogen. Det finns idag inte något system på marknaden som är mindre än 500 We. En första prototyp på 6,3 kg är byggd och testad ute i fält. Nästa generation är under byggnad. Den kommer att ha effekten 100 We, vikt 1,24 kg och ha yttermåtten 64*64*47 mm. Modulen innehåller en liten dry-cpox reformer (CPOX = Catalytic Partial Oxidation). Kallstarttiden är mindre än fyra minuter. Verkningsgraden för systemet beräknas vara ca 28 %. Ett stort problem är att hantera värmeförlusterna och återanvända den producerade värmen. Shimshon Gottesfeld, MTI, presenterade den senaste utvecklingen för små kompakta DMFC (direkt metanol bränsleceller). MTI har utvecklat en liten DMFC helt utan yttre kablar och rörliga delar. Vikt och volym blir väsentligt mindre än motsvarande batterier som finns på marknaden idag. MTI har inlett ett samarbete med Gilette/Duracell för att utveckla metanolampullen som behövs och för att marknadsföra systemet. Metanolampullerna skall i framtiden kunna säljas på samma sätt som Duracells batterier. Marknaden beräknas idag till storleksordningen 10 miljarder USD/år. Protonex presenterade sina prototyper som de utvecklar tillsammans med Parker för portabla PEFC bränsleceller i storlekar från 10 We upp till 500 We, se fig. 2. De minsta har vätgas som bränsle och de större metanol. De är avsedda att användas för olika ändamål inom US Army. En bränslecell på 50 W väger 290 g och har volymen 200 cm 3. Idag har Protonex levererat 100 st. enheter men bränslecellerna är framtagna för hög volymproduktion, över en miljon per år. Bränslecellssystemen, inkluderat bränsledelen, har en energitäthet mellan 425 och 1500 Wh/kg, främst beroende på lagringssättet för bränslet. Detta skall jämföras med litium batterier som i bästa fall kan lagra 190 Wh/kg. 14

Figur 2: Protonex/Parker 500 We. Renew Power, Champaign Il, USA, presenterade en portabel bränslecell som använder myrsyra som bränsle. Myrsyra finns att till gå i naturen. Bränslecellen arbetar vid rumstemperatur. Palladium används som katalysator. En fungerande prototyp har monterats istället för ett batteri i en mobiltelefon. IdaTech visade en prototyp, på utställningen, av en PEFC med en inbyggd reformer i skokartong-storlek som ger 150 We och använder metanol som bränsle. Den skall användas av US Army som batteriladdare i fält. Den färdiga produkten kommer att ha effekten 250 We. 4.4 Vätgas Fuel Cell Seminar har numera en session enbart för vätgas. Detta är bland annat en följd av det stora intresset för vätgas efter presidentens uttalande och satsning på vätgas från januari 2003. Detaljerad information om de statliga initiativen på vätgas området i USA finns på web-sidan, www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells Inom kort kommer även en ny web-sida att öppnas med adressen www.hydrogen.gov. Los Alamos National Laboratory, USA, presenterade förutsättningarna för presidentens Hydrogen Initiative. Den största drivkraften för vätgas i USA är att det är ett freedom-fuel som kan produceras inom landet. Miljöfrågorna betonas också men är inte huvudorsaken till att studera vätgas. Det är tre huvudfrågor som tas upp; Kostnaderna för vätgas måste ner till samma nivå som för bensin dock med väsentligt bättre miljöfördelar Kostnaderna för ett bränslecellssystem för fordon skall vara i storleksordningen $30/kW Det skall finnas system för lagring ombord på fordon så att de kan köras ca. 500 km på en tankning med restriktioner för kostnader och prestanda. Idag kostar industriell vätgas i USA cirka $5/kg. Vätgas är i första hand avsett att användas som fordonsbränsle och för mindre bränsleceller som inte är anslutna till elnätet men kan i ett längre perspektiv även användas för stationära applikationer. 15

Priset varierar kraftigt beroende på kvantitet och lagringssätt. År 2010 beräknas priset vara $2,0/kg levererat utan skatter för vätgas tillverkad från naturgas. För vätgas tillverkad med hjälp av elektrolys är motsvarande pris år 2010 $2,85/kg. År 2015 beräknas det kommersiella priset vara $1,65/kg. De olika presentationerna behandlade arbetet med att bygga upp föreskrifter och standarder för vätgas och utveckling av produktionsmetoder för vätgas. Det största problemet anses vara att finna en lämplig metod för lagring av vätgas ombord i personbilar. 4.5 Toyota HMFC Toyota presenterade en helt ny typ av bränslecell, en HMFC, Hydrogen Membrane Fuel Cell. Bränslecellen har tagits fram därför att PEFC är svår att kombinera med reformering ombord. Temperaturskillnaden mellan reformern och bränslecellen är stor och PEFC är väldigt känslig för föroreningar i gasen, exempelvis av CO. Med HMFC skall flytande bränslen, såsom kolväten, alkoholer och DME (Dimetyleter), kunna användas och kombineras med reformering ombord. HMFC arbetar vid ca. 500ºC. Elektrolyten är extremt tunn 1 µm proton conductor, anoden är 40-80 µm tjock och är palladium baserad. Katoden är konventionell och innehåller inga ädlare metaller. Bränslecellen har testats i lab-skala och den beräknas att, inklusive reformer, kunna nå en verkningsgrad kring 60 %. En svag punkt med HMFC är förmodligen att det kan komma att krävas mycket Palladium. 5. MCFC Det finns inte så många aktörer inom smältkarbonat bränsleceller, eller karbonat bränsleceller som vissa tillverkare kallar det, men de aktörer som finns känns starka, främst Fuel Cell Energy (FCE) och MTU. Under konferensen hölls inget renodlat MCFC-föredrag däremot hade Fuel Cell Energy (FCE) två presentationer och en poster. Den första presentationen var om deras SOFC-utveckling, se kap. 7.1 och det andra kring deras utveckling av ett MCFC/Turbin koncept, se kap. 5.1 nedan 5.1 MCFC + Turbin FuelCell Energy berättade om deras utveckling av ett DFC/Turbin koncept. De har kopplat ihop en DFC 250 kw med en Capstone mikroturbin på 60 kw. En första design har avslutats och demonstration av ett DFC/Turbin system med en enklare mikroturbin. De är nu inne i en andra fas med 60 kw turbinen. Detta är ett prealpha system som är kopplat till nätet som har varit i drift 6 600 timmar. Temperaturen till turbinen ligger på ca. 640ºC. De arbetar nu med att designa ett alfa-system som skall testas i deras egna lokaler. Därefter skall två beta-system ut i fälttester hos två partners. Samtidigt arbetar FCE med design och kostnadsanalyser för en 40 MW anläggning. Med ett DFC/T system är det möjligt att nå verkningsgrader på runt 75 %, med DFC-bränslecells-systemet enbart har de idag nått 53 % elverkningsgrad. 16

6. IT-SOFC Under konferensen var det ingen speciell session tillägnad IT-SOFC (intermediär SOFC, upp till 800ºC), utan dessa presentationer ingick i SOFC-delarna av programmet. Hos Forschungszentrum Jülich pågår ständigt spännande aktiviteter. Denna gång presenterade de sin utveckling av IT-SOFC-stackar (plan typ). De jobbar där med: material, själva stacken, celltillverkning, systemet och modellering. För närvarande studerar de en 10 kw stack som går på vätgas och en 5 kw stack som arbetar med intern reformering. Den senare är tänkt för APU ändamål. Ett 20 kw system är under utveckling och skall börja byggas i början av 2005. Testning av stackar har visat en degradering på ca. 1 %/1 000 timmar, vid 800ºC. Ett viktigt fokusområde för Jülich är low degradation stacks, där de bl.a. studerar och utvecklar olika material av stål. Från Japan kommer Kansai Electric Power Co. som beskrev sin utveckling av plana cirkulära IT-SOFC-stackar. De arbetar tillsammans med Mitsubishi. Målen för Kansai är följande; stack 1-10 kw (DC) och 1-100 kw (AC), temperatur 600-800ºC, cell diameter 120 mm, bränslen naturgas, LPG, coal gas, verkningsgrad för system > 45 % LHV. De har gjort långtidstester, + 4 000 timmar, vid 750ºC med sina stackar. Systemtester med ett 1 kw-system gav 45 % verkningsgrad (AC, LHV) vid 778ºC och med ett 3 kw-system (3 stackar) 55 % verkningsgrad (AC, LHV) vid 773ºC. Nästa steg i utvecklingen är att bygga en 10 kw modul och sedan göra ett 10 kw system år 2006. Ett företag som röner stort intresse är Ceramic Fuel Cells Limited (CFCL) från Australien. De är ett publikt företag etablerat 1992 med runt 100 anställda. De gör allt från testning av celler och stackar till tillverkning i en egen produktionsfabrik. CFCL arbetar med keramisk plan stack design och temperaturer upp till 850ºC med intern reformeringen. De har en modulär konstruktion på stacken inom intervallet 100 W- 2 kw. CFCL har kört långtidstester med stackarna på upp till 4 000 timmar med vad de säger stable operation. Fokus ligger på en 1 kw CHP-2 system som skall ut i fälttester, se fig. 3. Målet är att denna skall ha en elverkningsgrad på över 40 % och en total verkningsgrad på över 80 %. Denna förkommersiella enhet skall ut i tester i Australien i början av 2005 (2 enheter) med naturgas som bränsle. Den skall senare även testas i Europa. CFCL Europe finns i England. CFCL söker för närvarande fler partners. De har ett fokus på området 1-20 kw och Australien och Europa som marknader. Därefter koncentrerar de sig på Nordamerika och Japan. Föredraget från 17

CFCL var välbesökt och många frågor ställdes. Klart är att branschen har stor respekt för CFCL. Figur 3: CFCL Micro CHP-2 Unit. GE Energy, berättade om statusen i sin IT-SOFC utveckling. De jobbar med plana stackar som arbetar vid ca. 800ºC. Hittills har de gjort prototyper på mellan 3-10 kw (ej trycksatt) som har körts med naturgas som bränsle. SOFC-systemet har en förreformer (ATR = Autothermal Reformer) och förvärmning av luften. Deras egna omriktare har visat på maximal verkningsgrad av 94.5 %. GE Energy förväntar sig en elverkningsgrad på över 35 % för stacken. GE Energy arbetar även med trycksatta SOFC-stackar, där de har använt tryck upp till 4 atm., vilket de rapporterade var första gången som någon hade gjort detta. I dessa tester hade de även nått en 80 %-ig utnyttjandenivå av bränslet, vilket de var stolta över. Imperial College i London berättade om simulering av ett IT-SOFC 5 kw system (plan stack) med programmet gproms, där fokus låg på systemets responstider och hur detta påverkar distribuerad kraftgenerering (DG). Simuleringen hade bl.a. utförts genom att ändra lasten från 0.5-0.8 A/cm 2. Inledande resultat från simuleringarna visade att kontrollstrategin är viktig för att motverka degradering av stackmaterialen samt att ångreformeringen är snabbare vid inloppet till stacken. Ytterligare simuleringar skall göras i framtiden bl.a. med avseende på dynamiken och kopplingen till DG. Till dags dato har de inte gjort någon experimentell validering av sin simulering men de planerade att göra detta inom en snar framtid. Ett ämne som Argonne National Laboratory pratade om var kromförgiftning av SOFC katoden. När man nu studerar IT-SOFC vid temperaturer på 800ºC och lägre är det möjligt att använda sig av ett antal metallegeringar till olika komponenter i stacken. Krom finns i de flesta legeringar. När krom reagerar med syre och vatten bildas flyktiga föreningar, dessa kan sätta sig på aktiva platser på katoden vilket försämrar katodens egenskaper. Studierna hade bl.a. gjorts genom att titta på viktminskningen av olika material. Vissa metalloxider visade sig ha en hög snabbare viktminskning än andra. 18

7. SOFC Föredragen präglades av de olika målen inom SOFC-programmen i USA, där industrin arbetar för att försöka nå de uppsatta målen bl.a.: SECA:s (Solid State Energy Conversion Alliance) mål att nå $400/kW år 2010 för en SOFC APU. Uppstartstiden för en 5 kw APU skall vara mindre än 10 minuter år 2010. Föredragen inleddes med att PNNL (Pacific Northwest National Laboratory) berättade om deras utveckling. De är ett Department of Energy Lab. som sedan 1987 har bedrivit SOFC-utveckling, oftast tillsammans med industriella partners. De arbetar bl.a. tillsammans med: Delphi och BMI (Batelle Memorial Institute), APU for fordon Siemens-Westinghouse, systemkomponenter och SOFC-celler och stackar FCE (Fuel Cell Energy), stack design, balance of plant SOFCo-EFS, cell och elektrod material och strukturer. Under ett av DOE:s program har PNNL ansvar för ett material-fokus där intermediära celler studeras i området 650-800ºC. I detta fokus ingår också robusta cell tätningar/packningar, krom förgiftning av katoden, spinel -beläggningar, integrerad modellering och bränslereformering. PNNL arbetar med både statliga program, SOFCindustrier och universitet för att förbättra systemen, varför PNNL är en viktig del i USA:s SOFC-utveckling. AVL List Gmbh från Österrike presenterade sitt samarbetsprojekt med Haldor Topsøe A/S där man gör experimentella tester på cell- och stacknivå för att studera temperaturdistributionen i olika stackdesigner. Detta studeras genom att mäta temperatur och värmeflöden i en testbänk där provas både gas- och vätskeformiga bränslen. En enkelcell på 10x10 cm producerar ca. 10 W värme. I samband med detta gjordes även utvärdering av uthållighetstester och mekaniska felmekanismer. AVL List testbänk ser ut att vara en unik resurs inom SOFC-utvecklingen. Microtherm International Ltd. presenterade olika mikroporösa isolationsmaterial som kan användas för att nå SECA målet, $400/kW år 2010. Microtherm visade att deras material, baserade på bl.a. keramiska fibrer, klarar SECA:s krav på värme- och mekaniska-prestanda. En av slutsatserna var att kostnadsmålet för isoleringen $16-20/kW är utmanande men att det borde gå att nå. 7.1 Stationärt En stark spelare inom SOFC-utvecklingen är Delphi Corporation som arbetar med både stationära och mobila applikationer. Inom det stationära området arbetar de med ett mindre 2-5 kw CHP system som skall vara kopplat till nätet. Detta skall tjänstgöra som huvudsaklig kraftkälla medan toppbelastningar tas från nätet. En andra stationär produkt som de arbetar med är ett 25 kw system för kommersiella kunder. Detta system skall kunna kan köras oberoende av nätet och med både gas- och vätskeformiga bränslen. De har idag en vad de kallar Gen 3 stack, 30 celler, med en volym på 13 liter, 13 kg, som ger 1530 W vid 21 V (med 48.5 % H 2 ). Denna stack byggs sedan 19