polttokennoilla

Polttokennoilla tarkoitetaan sähköenergiaa suoraan kemiallisesta reaktiosta tuottavia laitteita. Niiden perusperiaate on, että polttoaine ja hapetin reagoivat elektrodeilla ja elektrolyytin läpi siirtyvä sähkövaraus tarjotaan ulkoiseen piiriin, jolloin päädytään sähköiseen energiaan samalla kun syntyy lämpöä ja vesihöyryä. Useimmat polttokennoista toimivat vedyn ja hapen kanssa, mutta useita vaihtoehtoisia polttoaineita voidaan käyttää muun muassa käyttövalmiissa rakennemarkkinoilla sovellettavissa järjestelmissä.

Tyypillisiä polttokennoja ovat PEMFC:t (protonivaihdemembraanilla varustetut polttokennot), SOFC:t (kiinteä oksidi), PAFC:t (fosforihappopohjaiset), ja MCFC:t (molten carbonate -polttokennot). Jokaisella tyypillä on omat lämpötila- ja polttoainevaatimuksensa sekä sovelluksensa. PEMFC:t toimivat alhaisissa lämpötiloissa ja soveltuvat hyvin ajoneuvoihin ja pieniin PWM-säiliöihin, kun taas SOFC:t hyödyntävät korkeita lämpötiloja tarjoten suuria hyötysuhteita kiinteäpolttoaineiden käytössä ja soveltuvat kiinteisiin sähkön- ja lämmöntuotantojärjestelmiin.

Käytön edut ovat alhainen päästöarvo, modulaarisuus ja mahdollisuus yhdistää järjestelmät hajautettuun energiantuotantoon tai combined heat and power -ratkaisuihin. Haasteina ovat korkeat investointikustannukset, järjestelmien kesto ja elinikä sekä polttoaineinfran kehittäminen sekä käyttöönoton logistiikka. Tutkimus- ja teollisuusyhteistyö sekä julkiset hankkeet tukevat polttokennojen kehitystä sekä energiajärjestelmien varautumista uusiutuvien lähteiden kanssa.

Suomessa polttokennojen tutkimus ja sovellukset ovat olleet aktiivisia yliopistoissa ja tutkimuskeskuksissa, ja kansallinen energia- sekä teollisuusnäkökulma on edistänyt kehitystä sekä energiatehokkuuden että ympäristöystävällisyyden näkökulmista. Siirtouutena polttokennoja tarkastellaan yhä useammassa arkkitehtuurissa, joissa ne voivat toimia sekä sähkö- että lämmöntuotannon tukena.