Danmark har forpligtet sig til at levere 50% af elforbruget ved hjælp af vindkraft i 2020 og at 100% af alle energityper skal komme fra vedvarende energikilder i 2050. Keramiske brændselsceller (SOFC) kan spille en afgørende rolle i den proces, men tidskrævende testmetoder bremser udviklingen af og forskning i SOFC.
Keramiske brændselsceller (SOFC) kan blive en af hjørnestenene i fremtidens energisystemer, idet SOFC kan operere med både brint og kulstofholdige brændsler. Det gør SOFC attraktive både på kort sigt (udnyttelse af naturgas) og på lidt længere sigt (udnyttelse af biogas, bio-syntesegas og brint fremstillet ved hjælp af vedvarende energi osv.), men SOFC-forskningen bremses af tidskrævende testmetoder.
Et SOFC-anlæg skal kunne holde i mindst 10 år, så det kræver langvarige test at undersøge de mekanismer, der kan medføre nedbrydning af cellerne og derved begrænse levetiden. I dag kræver det 50.000 timer (svarende til ca. 5 år) at teste cellernes holdbarhed til bunds, men de store fremskridt i forskningen inden for SOFC-teknologi betyder, at teknologiske landvindinger ofte overhaler testene indenom.
"Det er vigtigt at lave mange tests, men måske skal vi ikke teste for bare at teste."
Forsker ved DTU Energikonvertering, Christopher Graves
Hvilket kan føre til forældede testresultater.
Ikke teste for at teste
"Det er vigtigt at lave mange tests, men måske skal vi ikke teste for bare at teste. I tidligere projekter har vi arbejdet meget på at forbedre prøveopstillingerne og har på den måde opnået god reproducerbarhed og forlænget cellernes levetid. Nu vil vi forsøge at gøre mere brug af analyseværktøjer og se på detaljerne og fordelingen af reaktanter i brændselscellerne og lade denne kombination af modellering og eksperimenter føre til udvikling af både nye testmetoder og celletyper", siger forsker ved DTU Energikonvertering, Christopher Graves.
DTU Energikonvertering har forsket i brændselsceller, herunder SOFC, i mere end 20 år. Udfordringen er ikke kun at udvikle brændselsceller med høj ydeevne, men også at finde metoder til at gøre dem holdbare og robuste. Tests i laboratoriet og feltforsøg bekræfter igen og igen, at en afgørende udfordring er at opnå meget stabile ydeevner under virkelige forhold i flere tusinde timer. Da enhedens levetid er en afgørende faktor i omkostningerne til SOFC-teknologien, er DTU Energikonvertering og virksomheden Topsoe Fuel Cell A/S gået sammen i projekt SOFC4RET, der blandt andet skal udvikle og forbedre testværktøjer ved hjælp af computermodeller og samtidig udvikle nye arbejdsmetoder til at forbedre cellernes levetid og effektivitet.
SOFC4RET vil bl.a. anvende accelererede levetidstests i kombination med avancerede computermodeller til at simulere brændselscellernes levetid og deres indpasning i energisystemet. Derved åbner forskerne nu mulighed for at der tages højde for nye teknologiske fremskridt og kritiske forbedringer af cellerne, før de udsættes for de nødvendige tests i virkeligheden. Det vil spare meget værdifuld tid og mange ressourcer.
Flukturerende energi
SOFC4RET’s avancerede computermodeller får også til opgave at beregne de bedste måder at udnytte elektricitiet fra fluktuerende energikilder som vindmøller, hvor SOFC er ganske velegnede til at skrue den elektriske effekt op og ned for at matche de naturlige udsving. De første resultater fra forskergruppen viser, at det at skrue op og ned for fluktuerende energikilder som vindkraft faktisk kan være en fordel for SOFC selv; under visse driftsbetingelser kan det væsentligt forlænge levetiden for SOFC sammenlignet med langsigtet stabil drift. SOFC4RET-gruppen har planer om yderligere at udforske denne gavnlige effekt.
"Vores mål for SOFC4RET-projektet er yderligere at forbedre effektiviteten og levetiden for keramiske brændselsceller, så teknologien bliver en central aktør i overgangen til vedvarende energi, og ved at gøre det, er vi nødt til at se alle de tilgængelige data i et helt nyt perspektiv. Hvor stor nedbrydning er tolerabel og acceptabel? Og hvor lang tid kan en SOFC-stak køre kontinuerligt, hvis vi tillader, at der ændres på nogle af driftsparametrene undervejs? Det er nogle af de spørgsmål, vi søger svar på" udtaler Christopher Graves.
Projekt SOFC4RET er støttet af energinet.dk’s forskningsprogram ForskEL, og projektet forventes at være afsluttet ved udgangen af 2016.
SOFC4RET-projektet spænder vidt og omfatter bl.a. en analyse og modellering af livstidsbegrænsende mekanismer for keramiske brændselsceller (SOFC), systematisk test af state-of-the-art-celler og -stakkomponenter under både accelererede og varierende driftstilstande, udvikling af relevante testmetoder og diagnostiske værktøjer, forbedring og finjustering af SOFC’s ydeevne og levetid samt systemdesign og -analyse.