Brint - Elektrolyse i Danmark - Energinet.dk

More documents

Recommendations

Info

6.2 Proton Exchange Membrane elektrolysator (PEMEC) LT-PEMEC teknologien er som sådan demonstreret i små kommercielle industrianlæg. Teknologien har et stort potentiale for forbedringer. Målet for LT-PEMEC udviklingen er at reducere prisen for PEM-elektrolyseanlæg, så de kan indgå i det danske VEenergisystem sammen med brændselsceller. Dette kan opnås gennem en indsats inden for katalysator- og elektrode-F&U med det mål at reducere og erstatte brugen af platinmetaller, inden for udvikling af regenerative elektrolyseceller og udvikling af korrosionstabile gasdiffusionselektroder. Desuden skal PEMFC fremstillingsprocesserne transformeres til PEMEC. Udvikling og tilpasning af systemkomponenter (BOP – balance-of-power) samt effekt- og styringselektronik. Ved en fokuseret indsats på disse områder vil man på forholdsvis kort tid kunne skabe grundlaget for en dansk produktion af små LT-PEM anlæg til integrering sammen med PEM-brændselcelle kraftvarme-anlæg i forbindelse med vedvarende elproduktion. Tabel 6.2 Sammenfatning af mål og indsatsområder for PEMEC-indsatsen Udviklingen af højtemperatur PEMEC er i første omgang materialeudvikling. Der er tale om en ny anvendelse af højtemperatur PEM-celler, der hidtil ikke har været rapporteret i den videnskabelige litteratur. Som nævnt ovenfor skal der findes nye materialer til visse komponenter – især iltelektroden. Det er også sandsynligt, at man med fordel kan modificere membranen i forhold til den, der anvendes til HT-PEMFC. Efterhånden som materialerne identificeres og optimeres, og deres stabilitet kan eftervises, bør der fremstilles mindre stakke til proof of principles, hvorefter teknologien kan videreudvikles til demonstrationsniveau og derfra til kommercielle produkter. De skitserede udviklinger vil være afhængige af en løbende støt- te til forskning og udvikling. Megen viden kan overføres fra de analoge brændselsceller, men der er derudover behov for selvstændig udvikling, p.g.a. de noget anderledes krav til visse af materialerne og til drift af systemet. 2009-2010 2011-2013 2014-2018 Forskning & udvikling: Analyse og specifikation af PEM elektrolyse celler og elektrolysesystem (BOP). Demonstration: Polymer elektrolytter Katalyse- og elektrodematerialer Elektrodekonfigurationer og deres processer MEAer baseret på eksisterende katalysatorer og elektrolytter. Korrosionsbestandighed Stakkomponenter Elektrolyseceller med virkningsgrad >80 % Elektrolyseceller med driftstryk > 30 bar Polymer elektrolytter Katalyse- og elektrodematerialer Elektrodekonfigurationer og processer for traditionelle og reversible PEMEC MEAer baseret på nye katalysatorer og elektrolytter til traditionelle og reversible PEMEC Systemkomponenter (BOP) til traditionelle og reversible PEMEC Levetid, degraderingsmekanismer, kørselsforhold Elektrolysestakke med virkningsgrad >80 % Elektrolysestakke med driftstryk > 30 bar Elektrolysestakke 1-10 kW Reversibel PEMEC stak Polymer elektrolytter Katalyse- og elektrodematerialer Elektrodekonfigurationer og processer til reversible PEMEC MEAer baseret på nye elektrolytter til reversible PEMEC Reversibel PEMEC stak med driftstryk > 100 Bbr Systemkomponenter (BOP) til højtryks reversible PEMEC Levetid, degraderingsmekanismer, kørselsforhold Kommercielle PEMEC anlæg 1-10 kW Reversible PEMEC stakke med virkningsgrad >70 % Elektrolysestakke med driftstryk >100 bar Elektrolysestrategi 20
6.3 Solid Oxide Electrolysator Cell (SOEC) Der er stor interesse fra såvel dansk som europæisk industri i denne teknologi, der endnu kun er demonstreret på laboratorieniveau. Den franske energivirksomhed Areva støtter aktivt forskning inden for elektrolyse på Risø DTU. Fra dansk side er Topsoe Fuel Cell A/S og DONG Energy aktive, og forskningen støttes aktivt af EU, ForskEL og Det Strategiske Forskningsråd. I 2009 er den offentlig støttede F&U-indsats på Risø DTU ca. 10 mandår. Der er imidlertid behov for en betydelig F&U-indsats, før teknologiens potentiale kan udnyttes fuldt ud. Specielt er det væsentligt at forbedre elektrodernes holdbarhed. Følgende er vigtige indsatsområder: ❚ Præcis identifikation af degraderingsmekanismerne i cellen ❚ Udvikling af celler og celle-stakke med høj holdbarhed ❚ Yderligere undersøgelse af potentialet gennem celle- og staktest ❚ Udvikling af celler og stakke, der tåler tryksat drift, samt konstruktion af faciliteter til tryksatte celle- og staktest Tabel 6.3 Sammenfatning af mål og indsatsområder for SOEC-indsatsen Forskning & udvikling: Vanddampelektrolyse ❚ Konstruktion af prototype-elektrolysesystemer og demonstration af disse ❚ Yderligere teknisk og økonomisk modellering bør udføres parallelt med det eksperimentelle arbejde. De største udfordringer for teknologien forventes at ligge i udviklingen af celler/stakke med lang levetid, der endvidere er robuste og pålidelige. Den høje driftstemperatur stiller krav til stabiliteten af de materialer, der indgår i celler og stakke såvel som i systemets hjælpekomponenter, og anvendelsen af keramiske konstruktionsmaterialer, der er mekanisk sprøde af karakter, stiller store krav til stak- og moduldesign samt til udvikling af fremstillingsmetoder med god proceskontrol, så fejlraten kan minimeres. Teknologien er beskrevet i detaljer i ForskEL-udredningsrapporten ”Pre-Investigation of Water Electrolysis”, og en række artikler12) . 2009-2010 2011-2013 2014-2018 Elektroder / Celler - 1,25 A/cm 2 1,3 V 5 atm 850 °C Degradering: 2%/1000 timer El-EffektivitetHHV: 114% El-EffektivitetLHV: 98% Energi-EffektivitetHHV: 97% Energi-EffektivitetLHV: 83% Co-elektrolyse (50 % H2O+50 % CO2): Demonstration: Elektroder / Celler - 1,25 A/cm 2 1,4 V 5 atm 850 °C Degradering: 2 %/1000 timer El-Effektivitet HHV: 105% El-Effektivitet LHV: 97% Energi-Effektivitet HHV: 98% Energi-Effektivitet LHV: 90% Stak (1 kW) - 0.5 A/cm 2 1,4 V 1 atm 850 ºC Degradering: 2 %/1000 timer Elektroder / Celler / Stak - 1,5 A/cm 2 1,3 V 25 atm 850 °C Degradering: 1%/1000 timer El-EffektivitetHHV: 114% El-EffektivitetLHV: 98% Energi-EffektivitetHHV: 97% Energi-EffektivitetLHV: 83% (50 % H2O+50% CO2): Elektroder/Celler / Stak - 1.5 A/cm 2 1,4 V 25 atm 850 °C Degradering: 1 %/1000 timer El-Effektivitet HHV: 105% El-Effektivitet LHV: 97% Energi-Effektivitet HHV: 98% Energi-Effektivitet LHV: 90% Stak (10 kW) - 1 A/cm 2 1,4 V 5 atm 850 ºC Degradering: 2 %/1000 timer Celler / Stak - 4 A/cm 2 1,3 V 50 atm 850 °C Degradering: 0.5 %/1000 timer El-EffektivitetHHV: 114% El-EffektivitetLHV: 98% Energi-EffektivitetHHV: 97% Energi-EffektivitetLHV: 83% (50 % H2O+50 % CO2): Celler / Stak / Modul - 4 A/cm 2 1,4 V 50 atm 850 °C Degradering: 0,5 %/1000 timer El-Effektivitet HHV: 105% El-Effektivitet LHV: 97% Energi-Effektivitet HHV: 98% Energi-Effektivitet LHV: 90% Stak (100 kW) - 3 A/cm 2 1,4 V 25 atm 850 ºC Degradering: 1 %/1000 timer 12) Jensen, S.H., Larsen. P.H., Mogensen, M., “Hydrogen and synthetic fuel production from renewable energy sources”, Int. J. Hydrogen Energy, 32, p. 3253-3257 (2007); og 2) A. Hauch, S. D. Ebbesen, S. H. Jensen, M. Mogensen, “Highly efficient high temperature electrolysis” Journal of Materials Chemistry, 18 (2008) 2331-2340. Elektrolysestrategi 21
Page 1 and 2: Netbalancering med fleksibelt elfor
Page 3 and 4: Resume Strategien omfatter de tre e
Page 5 and 6: Sådan kan Topsoe Fuel Cells stakke
Page 7 and 8: 3. Teknologier til elektrisk transp
Page 9 and 10: Elektrolyse til transportbrændstof
Page 11 and 12: vurderes som begrænsede, da den et
Page 13 and 14: anen gør det sammen med de metalba
Page 15 and 16: Danmark) fordelt på både forsknin
Page 17 and 18: hyldevarer. I Italien koncentrerer
Page 19: 6.1 Alkalisk elektrolyse (AEC) Mark
Page 23 and 24: 7. Finansiering I det følgende afs
Page 25 and 26: Appendix A: Aktører inden for elek
Page 27: Appendix B: Virkningsgrader, øvre

Brint - Elektrolyse i Danmark - Energinet.dk

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?