Ympäristöteknologian ennakointi – Taustoja ja puheenvuoroja - Sitra

Vedyn käyttöteknologiatTärkeimmät vedyn loppukäyttöteknologiat energiasektorilla ovat polttokennot,polttomoottorit, kaasuturbiinit ja katalyyttiset polttimet. Polttomoottoritja turbiinit ovat vanhaa teknologiaa, eikä vedyn käyttäminen niissä vaadi merkittäviätutkimus- ja kehityspanostuksia. Katalyyttiset polttimet puolestaanovat käytännössä ainoa loppukäyttöteknologia, jolla vedystä tehdään pelkästäänlämpöä. Niiden rooli on nykyisin ja todennäköisesti tulevaisuudessakinvähäinen, koska vetyä ei kalliina energian kantajana yleensä kannata muuttaapelkäksi lämmöksi.Polttokennot ovat tulevaisuudessa tärkein vedyn loppukäyttöteknologia.Toistaiseksi kehityksen kohteena ovat erityyppiset polttokennot: alkalinen (AFC),fosforihappo- (PAFC), polymeeri- (PEM), sulakarbonaatti- (MCFC), kiinteä oksidi-(SOFC) ja metanolipolttokenno (DMFC). Kullakin polttokennotyypillä onomat vahvuutensa ja heikkoutensa sekä suunnitellut sovelluskohteet.Polttokennojen kehitys ja testaus etenevät nopeaan tahtiin ympäri maailmaa.Autoissa testattavat kennot ovat nykyisin lähes kaikki PEM-tyyppisiä. LisäksiPEM-kennoja käytetään muutaman kilowatin kokoisissa sähköntuotantolaitteissa.PAFC-teknologia on teknologisesti kaikkein kypsintä, mutta senkehityspotentiaalia pidetään rajallisena. SOFC-kennoja kehitetään ja demonstroidaanennen kaikkea erilaisissa liikkumattomissa sovelluksissa (teollisuus,palvelut ja asuinkiinteistöt). Yksi SOFC-teknologian johtava kehittäjä on suomalainenWärtsilä. Sen tavoitteena on kehittää SOFC-teknologiaan perustuviaCHP-ratkaisuja, joiden voimanlähteenä olisi 50–250 kW:n yksikkökennoja.MCFC:n sovelluksista voidaan esimerkkinä mainita Michelinin rengastehtaalleasennettu 250 kW e :n laitteisto, joka tuottaa maakaasusta tehtaantarpeisiin sähkön lisäksi 180 kW:n edestä 200-celsiusasteista höyryä renkaidenvulkanisointiprosessiin (HyWeb 2005). Alkaliset polttokennot ovat polttokennoistavanhimpia. Niitä on käytetty avaruusalusten energiantuotantoon jo pitkään.Valtavirrasta poikkeava Apollo Energy Systems pitää AFC-kennoja edelleenparhaana ratkaisuna muun muassa liikennesovelluksiin ja kehittää polttokennovoimalaitoksiaja muita sovelluksia tästä lähtökohdasta (Apollo EnergySystems 2005). Suoraan nestemäistä metanolia hyödyntäviä polttokennojakehitetään ennen kaikkea kannettaviin piensovelluksiin.Polttokennojen suurimpia ongelmia ovat kustannukset, kestävyys ja luotettavuus.Näihin ongelmiin ei ole näköpiirissä nopeaa ratkaisua, vaan edelleentarvitaan huomattava määrä perus- ja soveltavaa tutkimusta, jotta moninaisetmateriaali- ja muut ongelmat saataisiin ratkaistua. Mittavia käyttötestejä tarvitaanmyös kestävyyden ja luotettavuuden varmistamiseksi. PEM-polttokennojenosalta tarvitaan edelleen perustutkimusta muun muassa grafiitilta vaadittavastapuhtaudesta, PEM-kalvojen kestävyydestä, kaasun diffuusiokerroksesta,bipolaarilevyistä sekä kennojen pitkän aikavälin saastumisesta, joka johtuu46