Polttokennojärjestelmät

Polttokennojärjestelmät ovat sähköenergiaa tuottavia järjestelmiä, joissa polttoaine reagoi hapen kanssa suoraan polttokennoissa. Reaktio muuntaa kemiallisen energian sähköksi, ja sivutuotteina syntyy yleisimmin vettä ja lämpöä. Järjestelmät voivat toimia sekä hajautetussa kiinteän energian tuotannossa että yhdistetyn sähkön- ja lämmöntuotannon (CHP) ratkaisuissa. Ne tarjoavat usein korkean hyötysuhteen ja pienet päästöt erityisesti, kun käytetään puhdasta vedyn syöttöä tai puhdistettuja reformaatioita.

Järjestelmä koostuu polttokennostackista, polttoaineen esikäsittely- tai reformointijärjestelmästä, hapetusilmasta sekä jäähdytyksen ja lämpötilan hallinnan järjestelmistä. Lisäksi keskeisiä osia ovat ohjaus- ja valvontajärjestelmät sekä kosteuden- ja epäpuhtaudenkäsittely. Järjestelmän asentamisesta ja ylläpidosta riippuen siihen voi sisältyä myös varajärjestelmiä, paloturvallisuusominaisuuksia ja järjestelmän on/off-kytkimiä.

Polttokennojärjestelmiä on useita tyyppejä. Yleisimmät ovat PEM-kalvopolttokenno (PEMFC), kiinteä oksidi -polttokenno (SOFC), fosforihappopolttoainekenno (PAFC) sekä molten carbonate -polttokenno (MCFC). Niiden toimintalämpötilat vaihtelevat: PEMFC noin 60–100 °C, PAFC noin 150–200 °C ja SOFC sekä MCFC noin 650–1000 °C. Eri tyyppien sovellusalueet poikkeavat muun muassa käynnistysajassa, polttoaineen joustavuudessa sekä hyödyntämisasteessa.

Käyttökohteita ovat kiinteistöt, teholaitokset, varavoima sekä eräät liikenne- ja mobiiliratkaisut. Edut sisältävät korkean tehokkuuden, alhaiset päästöt sekä mahdollisuuden yhdistää sähkö- ja lämpöenergiaa. Haasteita ovat korkeat pääoma- ja huoltokustannukset, tarve polttoaineen puhtaudelle sekä materiaalien kestävyys ja elinikä.