Nogle af verdens største faciliteter til forskning, udvikling og test af keramiske brændselsceller ligger på DTU.
Brændselsceller og elektrolyse kan få en afgørende rolle i fremtidens energisystem, fordi de kan være det regulerende mellemled mellem vedvarende energi og stabil forsyning, der giver os strøm i kontakterne – også når vinden står stille. Et testcenter på DTU skal modne teknologierne til markedet.
I 2010 åbnede Test Center for Fuel Cell and Hydrogen Technologies, FCH Test Center, på DTU. Testcenteret bygger på 25 års forskning og ekspertviden inden for keramiske brændselsog elektrolyseceller og har i dag kunder fra både ind- og udland.
En jævn strømforsyning
”Særligt elektrolyse og samspillet mellem elektrolyse og brændselsceller kan blive en krumtap i fremtidens energisystem uden fossile brændsler. For gennem dem kan man omdanne vindmøllens strøm til brint, naturgas eller syntetiske brændsler til f.eks. fly, biler og anden transport. Og gassen kan lagres og sendes ind i brændselsceller efterfølgende for at lave strøm til elnettet,” forklarer Eva Ravn Nielsen, der er daglig leder af FCH Test Center på DTU.
Tilfredse kunder
En af de kunder, som med stor tilfredshed har gjort brug af FCH Test Center, er Jan Pieter Ouweltjes, der er forskningsspecialist på det polske Institute of Power Engineering i afdelingen for keramiske materialer (CEREL). Instituttet forsker i, udvikler og producerer keramiske materialer og komponenter, som sælges til industrien. Det sidste år har Jan Pieter Ouweltjes været ansat til at drive instituttets udvikling af keramiske brændselsceller tættere på markedet. Brændselscellerne kan hver især producere omkring en volt, men stablet i stakke kan de producere strøm til et hjem, en lastbil eller til elnettet.
Jan Pieter Ouweltjes havde brug for, at forskningen inden for de såkaldte solid oxide fuel cells (keramiske brændselsceller), som er den type, CEREL arbejder med, blev løftet for at instituttet kunne komme ind på det kommercielle marked. Instituttet skulle bringe sig på omgangshøjde med lande som Danmark, der har en mere avanceret teknologi inden for området.
”Vi oplevede på det tidspunkt problemer med at få karakteriseret vores materialer ordentligt. De resultater, vi fik fra firmaet, der oprindeligt karakteriserede vores materialer, var simpelthen ikke tilfredsstillende. Derfor kiggede jeg mig om efter et alternativ, og da jeg på en konference mødte en medarbejder fra DTU, henviste han mig til det nye testcenter. Efter en kort samtale med Eva Ravn Nielsen var jeg overbevist om, at man på centeret havde en særdeles god forståelse for, hvad man lavede, og at man kunne levere de test og resultater, som jeg efterspurgte,” forklarer Jan Pieter Ouweltjes.
Baseret på de opmuntrende resultater opnået på FCH Test Center fandt CEREL, motivationen til at starte sine egne test – nu med tilfredsstillende resultater.
Test under driftslignende forhold
På centeret tester DTU-forskerne alt fra materialers egenskaber, f.eks. styrken af det keramiske materiale og dermed, hvor stor en kraft det kan holde til uden at knække under drift, til den elektrokemiske impedansspektroskopi (måling af brændselscellens elektriske modstand ved vekselstrøm, red.) og andre højteknologiske test. Og netop det unikke setup, hvor materialerne testes under driftslignende forhold på op til 700-800 grader, var noget, der tiltrak Jan Pieter Ouweltjes.
”Vi er selv specialister i at forarbejde keramiske pulvere til forskellige former og til forskellige anvendelser, herunder højtemperaturovne. Men at teste brændselsceller er meget mere kompliceret end det. Vi havde brug for nogen, der kunne opvarme emner til driftstemperatur og tilføre prøverne de gasser, som man ser i det virkelige liv. Og så skal man være sikker på, at alting er i god kvalitet og optimalt indstillet,” fortæller Jan Pieter Ouweltjes.
Siden 2010 har forskere og industri kunnet få testet deres keramiske brændsels- og elektrolyseceller, men også de mange materialer og komponenter, som indgår i systemerne i FCH Test Center. Testcenteret er en naturlig og integreret del af DTU Energikonvertering, som i 25 år har forsket i brændselscelleteknologier. Centeret adskiller sig dog fra instituttets andre enheder ved at have et stærkt fokus på at modne teknologier til det kommercielle marked.
”Det lykkedes os allerede tidligt i forløbet at tiltrække virksomheder, der ville teste på kommercielle vilkår. Men vi tiltrak også andre typer af samarbejdspartnere, og er nu med i flere større EU-projekter, f.eks. et, hvor vi afprøver 1000 mikro-kraftvarme-anlæg fordelt over Europa. De fysiske rammer i testcenteret bygger på eksisterende laboratorier og de gennemprøvede testopstillinger, vi har. Men måske vigtigere end det så får vores kunder adgang til den omfattende knowhow, vi har opbygget i forskningsmiljøet. I dag beskæftiger centeret omkring otte personer, og det er en stor fordel for testcenteraktiviteten, at vi alt efter behov kan trække på de allerbedste eksperter på området. Det giver en enorm fleksibilitet,” uddyber Eva Ravn Nielsen.
FCH Test Center fik de første to år støtte af Energistyrelsens EUDPmidler, men har det seneste halvandet år kørt uden støtte udefra.
Den høje kvalitet og de kontrollerede forhold lå også til grund, da udviklingsspecialist Mats W. Lundberg fra Sandvik Materials Technology valgte at samarbejde med DTU. Sandvik Materials Technology er en del af den multinationale ingeniørgruppe Sandvik A/S, der på verdensplan har over 49.000 ansatte. Et firma, som nogle nok genkender fra byggemarkedets værktøjshylder, hvor deres bor og save sælges. Firmaet leverer desuden maskiner, rør, ovne og andet teknisk udstyr til bl.a. mine-, olie- og byggeindustrien.
Mats W. Lundberg arbejder i udviklingsafdelingen med overfladebehandling af metaller, som bruges til de såkaldte interconnects. Interconnects er de forbindelsesplader, som ligger imellem hver brændselscelle i en stak. Materialet skal derfor have helt specifikke kvaliteter, som gør det i stand til at fordele gassen over hele cellen og samtidig lede elektronerne videre.
”Jeg arbejder med både eksisterende og kommende generationer af materialet. Vores mål er at levere præbehandlet stål til vores kunder, som de selv former efter deres behov. Vi leder hele tiden efter metoder, der kan sænke prisen, men uden at gå på kompromis med materialets overordnede kvaliteter. F.eks. vil vores kunder i sidste ende få et billigere produkt, hvis vi kan bruge billigere stål, men opveje dette med coatingen,” forklarer Mats W. Lundberg og fortsætter:
”Testcenteret hjalp os med at afgøre, om den elektriske ledningsevne eller den områdespecifikke modstand, som de kunne måle, var lav nok i de prøver, vi arbejdede med. Modstanden afgør, hvor godt materialet opfører sig, når du har brug for at få elektroner til at bevæge sig, og brændselscellestakkene til at virke. Vi forsøgte os med forskellige slags belægninger, og de testede dem og lavede efterfølgende en rapport, som vi her i afdelingen kunne bruge til at vurdere, hvilke materialer vi skulle fortsætte med.”
Skræddersyede forløb
Ifølge Mats W. Lundberg har centeret netop den specifikke viden og den erfaring, der skal til for at udføre disse målinger. Fra fælles projekter har Sandvik erfaret, at kvaliteten af arbejdet var af en så høj karakter, at den kunne bruges til virksomhedens standarder.
”Vi løser typisk en opgave for en kunde ved først og fremmest at identificere, hvilke problemer virksomheden står med, og hvilke test der kan løse dens udfordring. Vi skræddersyr et forløb til den enkelte kunde med test, dataanalyse, og til slut får de en rapport med alle resultaterne,” uddyber Eva Ravn Nielsen, der spår de keramiske brændselsceller et stort fremtidigt potentiale i forbindelse med f.eks. mikro-kraftvarme-anlæg til private husholdninger, som man sandsynligvis allerede fra 2017 vil kunne se på det danske marked.
”Vi har en klar forventning om, at omfanget af test, vi udfører for virksomheder, vil øges betydeligt over de næste fem år på grund af det stigende kendskab til testcenteret og selvfølgelig den kvalitet, vi leverer i vores test,” afslutter Eva Ravn Nielsen.