Omvendt brændselscelle kan lagre vindmøllestrømmen

Risø DTU byder nu ind med en mulig lagringsteknologi til fremtidens elsystem, der skal håndtere større og større mængder af 'ustyrlig' vedvarende energi og som derfor kræver en buffer for at sikre stabilitet i elforsyningen.

Normalt producerer en brændselscelle strøm, når man fodrer den med brint, men ved at vende processen om og sætte strøm til brændselscellen, kan cellen i stedet spalte vand til ilt og brint. På Risø DTU er det lykkedes forskerne at udføre denne spaltning - også kaldet elektrolyse - med en højtemperatur SOFC-brændselscelle med en markant større effektivitet end ved traditionel, såkaldt alkalisk elektrolyse. SOFC-cellen er udviklet på Risø.

»Vi har på laboratorieplan opnået en meget høj strømtæthed ved lav spænding, højere end nogen af vore kolleger rundt om i verden har nået,« siger Mogens Mogensen, forskningsprofessor i afdelingen for brændselsceller og faststofkemi på Risø DTU.

Samtidig peger han på, at der er tale om relativt billig teknologi, som Topsøe snart er klar til at producere til anvendelse som brændselsceller.

Lagring af strøm som brint bliver ofte kritiseret for at have for stort et energitab, men med elektrolysecellen er man kommet et skridt videre. Effektiviteten i den omvendte brændselscelle, kaldet SOEC (Solid Oxide Electrolyser Cell), ligger nemlig på 76 procent, hvor alkalisk elektrolyse ligger omkring 65. Hemmeligheden ved den forbedrede effektivitet er den høje arbejdstemperatur - 950 grader C - hvor varmen i sig selv er med til at fremme spaltningen af vand (de 76 procent er målt i nedre brændværdi, som man plejer i systemmæssig sammenhæng. Hvis man måler i øvre brændværdi, er tallet omkring 90).

Både brint og syntesegas

En ekstra finesse ved elektrolyse-cellen er, at man ved tilsætning af både vand(damp) og kuldioxid kan producere en syntesegas (brint og kulmonoxid), som igen kan omdannes til brændstoffer som metanol og DME. Disse brændstoffer kan hældes direkte på biler og indgå i den eksisterende infrastruktur. Hvordan effektiviteten ser ud i sådan en proces, har forskerne ikke beregnet endnu, men det gør et igangværende ph.d.-projekt på Risø DTU.

Hos Energinet.dk, som har det overordnede ansvar for elsystemet, er man meget interesseret i alternativer til hundedyre kæmpebatterier eller til at gemme strøm som trykluft i hulrum i underjordiske salthorste:

»Med 50 procents vedvarende energi i elsystemet i 2025 får vi brug for at kunne lagre store mængder strøm i kortere perioder, når vinden blæser tidligere eller senere og mere eller mindre end vore prognoser har fortalt os,« siger sektionsleder for Forskning og Miljø, Kim Behnke fra Energinet.dk.

Han tilføjer, at det også gælder selvom elforbruget bliver indrettet mere fleksibelt, og man kan inddrage kommende elbilers batterier som lagermulighed.

Store enheder nødvendige

Kim Behnke peger dog på, at SOEC i givet fald skal kunne opskaleres til effekter i MW-klassen, spændinger på 1.000 volt og op- og nedregulering på sekunder. Og at det vil være helt fint, hvis det samlede system kan køre begge veje og altså skiftevis fungere som brint- og strømproducent.

Seniorforsker John Bøggild Hansen er ansvarlig for systemudvikling hos Topsøe Fuel Cells, der samarbejder med Risø DTU, og han tror godt, at SOEC på længere sigt kan honorere disse krav fra elsystemet:

»Muligvis skal man kombinere SOEC-elektrolysestakke med SOFC-brændselsceller i et samlet system, så man får den bedste effektivitet i både brint- og strømproduktionen,« siger han.

Ifølge professor Mogens Mogensen fra Risø DTU er næste trin i udviklingen at øge levetiden i cellerne til, hvad der svarer til minimum fem års drift, for de 'slides' under drift, blandt andet på grund af urenheder. Udvikling af SOEC-teknologien foregår også i EU-regi med deltagelse af både forsknings- og industripartnere.