Suomalainen polttokennotekniikka pyrkii maailmalle

Artikkelit
VTT
Decorative image

​Convion Oy ja VTT avaavat vientimarkkinoita polttokennojärjestelmille, joilla tuotetaan sähköä ja lämpöä biokaasusta. Convion hakee parhaillaan rahoitusta kansainvälistymistä varten.

Convion on toimittanut yhteistyössä VTT:n kanssa polttokennojärjestelmän Italian Torinoon. Ensimmäinen kolmesta polttokennoyksiköstä otettiin käyttöön lokakuussa. Toista yksikköä ollaan rakentamassa, ja kolmas vaihe on suunnitteilla. 

Convionin toimitusjohtajan Erkko Fontellin mukaan käyttökokemukset ensimmäiseltä tuhannelta tunnilta ovat erittäin hyvät. 

– Olemme saavuttaneet tavoitteeksi asetetun 53 prosentin hyötysuhteen sähköntuotannolle. Päästöjä ei käytännössä synny lainkaan ja polttokennolaitos toimii ilman häiriöitä, Fontell kertoo. 

Vaikka voimala on toiminut moitteettomasti, jätevedenpuhdistamon puolella on jouduttu tekemään korjauksia järjestelmään, joka syöttää biokaasua polttokennolle. Ongelmat on Fontellin mukaan kuitenkin saatu ratkaistua.

Voimala tuottaa sähköä jätevedenpuhdistamolla syntyvästä biokaasusta, joka muuten jäisi hyödyntämättä. Biokaasulla tuotetaan myös lämpöä. Polttokennojärjestelmää voidaan etäohjata Suomesta käsin.

– Tekniikka soveltuu hyvin massavalmistukseen. Halvat raaka-aineet ja mahdollisuus käyttää eri polttoaineita tekevät siitä erittäin kilpailukykyisen ja tulevaisuuden teknologian kiinteissä lämmön- ja sähköntuotantolaitoksissa, Fontell sanoo. 

– Jätevedenpuhdistamo voidaan polttokennojärjestelmän avulla parhaimmillaan saada täysin energiaomavaraiseksi. Italiaan nyt toimitettava järjestelmä kattaa noin 30 prosenttia puhdistamon sähkön tarpeesta ja sata prosenttia lämmöntarpeesta, toteaa erikoistutkija Markus Rautanen VTT:ltä.

Valmis tuote 

Vuonna 2013 Wärtsilästä irrotettu Convion jatkaa polttokennoteknologian kehitystyötä, jonka Wärtsilä ja VTT aloittivat vuosituhannen alkupuolella. Italiaan tehtävä toimitus – niin kutsuttu DEMOSOFC-projekti – on merkittävä askel tuotteen kaupallistamisessa. 

Viisivuotinen DEMOSOFC-projekti (2015–2020) sai EU Horizon 2020 -ohjelmasta rahoitusta 4,2 miljoonaa euroa. Hankkeen budjetti on 5,9 miljoonaa euroa. 

– Meillä on valmis tuote, teknologian toimivuus on varmennettu ja ensimmäiset kaupat tehty. Tarkoituksena on nyt laajentaa toimintaa ja mennä hallitusti kansainvälisille markkinoille, Fontell toteaa. 

Kansainvälistymistä varten Convion hakee toista rahoittajaa nykyisen päärahoittajan, pääomasijoitusyhtiö VNT:n hallinnoiman rahaston rinnalle. VNT omistaa Convionista suurimman osan, Wärtsilä alle kaksikymmentä prosenttia ja henkilöstö osan. 

Kansainvälistymisessä auttaa pitkäaikainen tutkimus- ja kehitystyö, jonka aikana VTT ja Convion ovat verkostoituneet varsinkin eurooppalaisten alan tutkimuslaitosten ja muiden toimijoiden kanssa. Italian projektiinkin osallistuu monikansallinen konsortio. DEMOSOFC-projektin lisäksi polttokennojärjestelmiä ja -kennostoja kehitetään muun muassa VTT:n koordinoimissa eurooppalaisissa INNO-SOFC- ja qSOFC -projekteissa. 

Convion on avannut markkinoita myös kotimaassa. Yhtiö toimittaa Lempäälän Energialle polttokennolaitoksen, joka tuottaa perusvoiman teollisuusalueen yrityksille. LEMENE-hanke on yksi työ- ja elinkeinoministeriön energiateknologian kärkihankkeista.

Hankkeessa rakennetaan omavarainen älykäs verkko, joka varmistaa alueen yritysten sähkön saannin. Energiantuotannossa käytetään hyväksi aurinkoenergiaa, energiavarastoja, kaasumoottoreita sekä polttokennoja. Verkon on määrä valmistua vuonna 2019.

Ylivertainen hyötysuhde 

Italiaan toimitettu polttokennolaitos on kokoluokassaan ja teknologialtaan ensimmäinen laatuaan Euroopassa. Kiinteäoksidipolttokennojärjestelmän merkittävin etu verrattuna kilpaileviin polttokennoteknologioihin on se, että polttoaineena voidaan käyttää puhtaan vedyn sijasta perinteisiä polttoaineita, kuten maakaasua ja biokaasua. 

Kiinteäoksidipolttokennovoimala on hyötysuhteeltaan ylivertainen verrattuna muilla tekniikoilla toteutettuihin laitoksiin. Se tuottaa samasta biokaasumäärästä kaksinkertaisen määrän sähköä verrattuna mikroturbiiniin ja yli puolitoistakertaisen määrän verrattuna kaasumoottoriin. 

Pitkän yhteisen kehitystyön ansiosta suomalaisille on Fontellin ja Rautasen mukaan kertynyt osaamista, jota muualta ei löydy. VTT:n ja Convionin lisäksi hankkeisiin on osallistunut polttokennojen kehittämiseen keskittynyt Elcogen Oy.

Kiinteäoksidipolttokenno on lopulta vain järjestelmän ydin. Sen ympärille rakennetaan Convionin tuote, joka sisältää integroituja järjestelmiä ja mittaus-, säätö-, ohjaus- ja tehoelektroniikkaa.

Lupaavat markkinat 

Polttokennojen maailmanmarkkinat ovat nyt arviolta kolmen miljardin euron suuruiset. Vajaa puolet arvosta kertyy kiinteiden sähkön- ja lämmöntuotantosovellusten toimituksista. 

Polttokennoja käytetään myös varsinkin autoissa ja muissa ajoneuvoissa, varavoimasovelluksissa ja kannettavissa laitteissa. Kokonaismarkkinoiden ennustetaan kasvavan vuoteen 2024 mennessä 14 miljardiin euroon. 

Kiinteäoksidipolttokenno soveltuu erityisen hyvin sähkön- ja lämmöntuotantoon, kun polttoaineeksi on tarjolla bio- tai maakaasua. Biokaasua tuotetaan esimerkiksi jätevedenpuhdistamoilla ja biomassaa mädättävissä laitoksissa. Pelkästään Euroopassa tällaisia puhdistamoita ja eri kokoluokan mädättämöitä on kymmeniä tuhansia.

Myös Aasia tarjoaa lupaavan markkinaalueen, koska kiinteistöjen sähkön- ja lämmöntuotantoon käytetään yleisesti maakaasua. Polttokennovoimalan avulla voidaan varmistaa häiriötön energiansaanti kohteissa, joissa se on erityisen tärkeää. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi hotellit, kylmävarastot ja sairaalat. 

– Polttokennovoimat ovat hiljaisia ja päästöttömiä, joten ne voidaan sijoittaa kiinteistöihin keskelle kaupunkirakennetta. 

Markus Rautasen mukaan polttokennoteknologia on erittäin lupaava tuotantotapa murroksessa, jossa energiantuotannossa siirrytään keskitetystä hajautettuihin järjestelmiin ja käytetään hyväksi aurinko- ja tuulienergiaa, energiavarastoja ja paikallista tehontuotantoa. 

Erkko Fontell uskoo, että polttokennoteknologian soveltamisessa tullaan kokemaan vielä samankaltainen buumi kuin on nähty aurinkoenergian käytön lisääntymisessä.

Sähköntuotantoa tehokkaasti ja pienillä päästöillä

Polttokennolla voidaan tuottaa sähköä tehokkaasti ja pienillä päästöillä. Yksi merkittävä polttokennoteknologian etu ja ero kilpaileviin teknologioihin verrattuna on, että se pystyy tyypillisesti toimimaan lähes maksimihyötysuhteella myös osakuormalla. Tämä mahdollistaa vaihtelevan tuotannon tasapainottamisen.

Polttokennoja käytetään jo nykyisin muun muassa ajoneuvojen teholähteinä sekä kotien ja suurten kiinteistöjen perusvoimantuotannossa. Teknologian etuina ovat luotettavuus ja korkea sähköntuotannon hyötysuhde. 

Polttokennot liittyvät kiinteästi vedyn tuotantoon elektrolyysillä. Siksi vedyn tuotantotavat ja vedyn laatu ovat tärkeitä tutkimusaiheita myös VTT:llä. 

Energialähteenä SOFC? 

Kiinteäoksidipolttokennojärjestelmässä (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) energiaa tehdään polttoaineesta ja ilmasta. Merkittävin etu verrattuna muihin polttokennoteknologioihin on mahdollisuus hyödyntää perinteisiä polttoaineita, kuten maakaasua, dieseliä ja biokaasua, vedyn sijaan. Syötetty polttoaine ja ilmassa oleva happi reagoivat polttokennossa suoraan sähkökemiallisesti synnyttäen sähköä ja lämpöä. 

Erityisesti pienissä, alle megawatin tehoisissa laitoksissa polttokennon etu kilpaileviin teknologioihin korostuu. Convionin polttokennovoimala toimii yli 53 prosentin sähköhyötysuhteella, minkä ansiosta se tuottaa jopa kaksi kertaa niin paljon sähköenergiaa kuin perinteisellä tekniikalla toteutetut voimalat.

Jaa