Brændselscelle-teknologien rummer præcis den fleksibilitet, som der vil blive brug for i fremtidens samfund, der i langt højere grad vil basere sig på vedvarende energi (VE). Et nyt ph.d.-projekt slår fast, at skønt brændselsceller generelt så langt fra er noget mirakelmiddel, kan navnlig de særlige SOFC-anlæg (Solid Oxide Fuel Cell) komme til at spille en nøglerolle.

»Fremtiden for brændselscelle-teknologien ligger hos de decentrale kraftvarmeværker i små og mellemstore byer,« konkluderer adjunkt Brian Vad Mathiesen, der netop har forsvaret sin ph.d.-afhandling på Aalborg Universitet.

Han peger på, at det særlige ved SOFC-teknologien er, at den fungerer under højere temperaturer end de andre typer af brændselsceller. Dette betyder, at man kan benytte forskelligt brændsel (gas eller biogas) direkte, i modsætning til andre typer brændselsceller.

Desuden er SOFC-teknologien potentielt mere effektiv end konventionelle forbrændingsteknologier. Driftstemperaturen i cellerne kan potentielt reduceres til 500-600 grader, hvilket kan gøre materialeudgifterne mindre. Den potentielle elvirkningsgrad er på over 70 pct. på store anlæg og 55-60 pct. på mindre anlæg. Begge dele er en kraftig forbedring i forhold til de nuværende virkningsgrader.

»Det er især på de mindre kraftvarmeværker (0,5 til 15 MW), at der er mulighed for disse højere virkningsgrader. Disse værker bliver også stadig mere vigtige, hvis decentraliseringen af energiforsyningen fortsætter, og vi skal udnytte lokale ressourcer,« siger Brian Vad Mathiesen og peger på biogas og forgasset biomasse som fremtidens CO2-venlige brændsel for SOFC-anlæg.

Til gengæld vurderer han, at brændselsceller får sværere ved at udkonkurrere de effektive gasturbiner på de store kraftvarmeværker.

På grund af fremtidens store behov for øget fleksibilitet i energinettet, får de mindre, decentrale værker en stadig mere betydningsfuld rolle som back-up til for eksempel vindkraften.

»Jo mere vi arbejder os hen imod et 100 pct. VE-samfund, jo vigtigere kan cellerne blive. Jo mere vindkraft der er i systemet, jo mere fleksibilitet vil der også være brug for, og denne fleksibilitet kan cellerne potentielt set bidrage med,« siger Brian Vad Mathiesen.

Han forestiller sig et energinet, hvor de decentrale kraftvarmeværker spiller en rolle som backup-anlæg for energisystemet, når vinden ikke blæser, og der derfor ikke er vedvarende energi nok i nettet. Her er SOFC-anlæg effektive erstatninger for de centrale kraftværker, som ellers skulle på standby.

Hvor stor en rolle, SOFC-anlæggene på sigt kan komme til at spille i den samlede energiforsyning, afhænger ifølge Brian Vad Mathiesen udelukkende af, hvad de færdigudviklede anlæg kommer til at koste. I øjeblikket er SOFC-anlæggene under udvikling på blandt andet Risø DTU, hvor udviklingen sker i samarbejde med Topsoe Fuel Cells.

Derfor bliver en af de største teknologiske udfordringer i udviklingen af fremtidens brændselsceller, at de skal kunne holde til at regulere hurtigt op og ned. Der bliver ikke brug for celler, der 'blot' kan køre stabilt og konstant som grundlast.

Ifølge Brian Vad er der dog ingen tvivl om, at der bliver mere el i fremtidens varmesystem. F.eks. kunne man forestille sig, at folk med oliefyr skal gå over til elpatroner og varmepumper for at basere så meget af varmeforsyningen som muligt på vedvarende energikilder.

Brændselscellerne er endnu ikke på markedet, men de kommer inden for 5 til 15 år afhængigt af, hvor mange penge der afsættes til udvikling og demonstration, vurderer Brian Vad. Men først skal en lang række teknologiske udfordringer løses.

Levetiden i brændselscellerne skal op – det har stor betydning. Der bruges et keramisk materiale i cellerne, fordi det kan tåle høje temperaturer. Samtidig består cellerne af mange lag som konstant bevæger sig i forhold til hinanden, når cellerne arbejder. Den belastning skal cellerne kunne klare i lang tid.

En anden udfordring er, at cellerne skal vise, at de kan klare overgangen fra at virke i perfekte omstændigheder i et laboratorium til at virke i den virkelige verden med høje krav til driftssikkerhed.

Til gengæld afliver Brian Vad Mathiesen drømmen om små mikrokraftvarmeanlæg ude i de private hjem som et effektivt fremtidsperspektiv. Energieffektiviteten i disse anlæg er ganske enkelt ikke god nok, hvilket betyder, at mikrokraftvarmeværkerne dumper i konkurrence med andre løsninger, når det gælder pris, energiefffektivtet og CO2-gevinst.

»Brint fremstilles som bekendt ved elektrolyse, og det er en proces, der kræver strøm. Det fjerner energieffektiviteten, når jeg sammenligner med alternativer som for eksempel jordvarme, biomassekedler, solvarme og varmepumper med jordvarme,« siger Brian Vad Mathiesen.

Han er heller ikke i tvivl om, at der bliver brug for elektrolysen i fremtidens energisystem, da vi på et tidspunkt vil få brug for brint eller brintbærere til at erstatte den knappe biomasse.

Brian Vad Mathiesen er efter færdiggørelsen af ph.d.-projektet nu involveret i det såkaldte CEESA-projekt, hvor forskellige danske forskningsinstitutioner arbejder sammen om at skabe en model for et energisystem baseret på 100 rocent vedvarende energi.