Polttokennot ja vety

Nopeasti kehittyvät vetytekniikan sovellukset ovat yhä tärkeämpiä luovuttaessa fossiilisista polttoaineista erityisesti raskaassa liikenteessä ja sähköntuotannossa. VTT:n polttokenno- ja vetyasiantuntijat tutkivat sekä matalan lämpötilan polttokennoja (proton-exchange membrane fuel cell, PEMFC) että korkean lämpötilan polttokenno- (solid oxide fuel cell, SOFC) ja elektrolyyseriteknologioita (solid oxide electrolyser cell, SOEC). PEMFC-polttokennoja käytetään yleisesti esim. ajoneuvossa ja varavoimana, kun taas SOFC-polttokennot sopivat paremmin suuren kokoluokan kiinteisiin asennuksiin. SOEC-elektrolyyserit ovat lupaava väylä tehokkaaseen vedyntuotantoon. Kansainvälisesti verkostoituneet asiantuntijamme koordinoivat tällä hetkellä useita EU/H2020-hankkeita.

PEMFC-tutkimuksemme painopiste on sekä polttokennojen järjestelmäintegraation kehityksessä että vedyn laatuun liittyvissä tutkimuskysymyksissä. Olemme kehittäneet PEMFC-järjestelmiä ja -kennostoja sekä niiden komponentteja yhdessä teollisuuden kumppaneiden ja muiden tutkimuslaitosten kanssa. Lisäksi VTT konsultoi polttokennojärjestelmien tai elektrolyysereiden hankkimista suunnittelevia yrityksiä ja tarjoaa tukipalveluita niiden käyttöönotossa ja validoinnissa. Viime vuosina kiinnostus vetypolttokennoja kohtaan on kasvanut erityisesti liikennesovelluksissa. 

Laboratoriomme tarjoavat SOFC-kennojen ja -kennostojen sekä useiden kilowattien SOFC-järjestelmien testaus- ja karakterisointimahdollisuuden. Mukautuva, sisäisesti kehitetty testausinfrastruktuurimme mahdollistaa kaikkien mittausten räätälöinnin asiakkaan tarpeiden mukaan. Pystymme toteuttamaan monenlaiset polttokennojen käyttöolosuhteet, kuten vaihtelevan polttoaineen syötön vedyllä, reformoidulla maakaasulla tai simuloidulla biokaasulla, erilaiset epäpuhtaudet polttoaine- ja oksidanttivirroissa tai erilaiset kuormitus- ja lämpötilaprofiilit.  

Vetyteknologialla on tärkeä rooli ilmastonmuutoksen hillitsemisessä. 

Täysin automatisoitu ympärivuorokautinen toiminta, jatkuva datan tallennus tiedonsiirtojärjestelmän kautta sekä teollisuustasoinen käyttövarmuus mahdollistavat kennostojen pitkän aikavälin kestävyyden ja suorituskyvyn karakterisoinnin. Kehittyneet analysointimenetelmät, kuten sähkökemiallinen impedanssispektroskopia (EIS), signaalin spektrianalyysi sekä erilaiset koesuunnittelumenetelmät ovat myös käytössä. Samoin ammattimaisen vetyturvallisuuden varotoimet ovat olennainen osa työtämme. Tiimillämme on runsaasti kokemusta yhteistyöstä SOFC-valmistajien kanssa niin Euroopassa kuin sen ulkopuolellakin.

Vetyä käytetään laajasti teollisuuden eri prosesseissa. Sitä on mahdollista käyttää sekä polttoaineena että energian varastointiin, ja sitä voidaan tuottaa vedestä päästöttömästi elektrolyysin avulla. VTT on yhdistänyt vetyä vedestä ja sähköä vedystä tuottavat laitteet yhdeksi, liikuteltavaksi rSOC-järjestelmäksi (reversible solid oxide cell), joka tuottaa vetyä päästöttömästi erinomaisella hyötysuhteella.  

Liikuteltava rSOC-laite voidaan asentaa esim. tuulivoimapuiston yhteyteen, mikä mahdollistaa ympäristöystävällisen tuulivoiman varastoinnin vetynä ja sen muuntamisen takaisin sähköksi kulutuspiikkien aikana. Se on myös helposti siirrettävissä ajoneuvojen tankkausasemalle tai liitettävissä kemianteollisuuden prosessiin, joka käyttää vetyä raaka-aineena. VTT:n rSOC-järjestelmä voi myös hyödyntää suoraan muita polttoaineita, kuten maakaasua tai biokaasua. Polttoainejoustavuus on hyvin tärkeä tekijä siirryttäessä asteittain kohti päästötöntä energiajärjestelmää seuraavien 20 vuoden aikana.