Cellcentric brenselsceller
BERLIN: Cellcentric er et 50/50 samarbeidsselskap mellom Volvo og Daimler som utvikler brenselscelle-teknologien.
Denne artikkelen ble publisert for over 2 år siden.
Selskapet har utviklet brenselscellen som sitter i Mercedes-Benz
GenH2-lastebilen som nylig kjørte 1047 kilometer fra Wörth til Berlin.
Selskapet bygger det som skal være Europas største produksjonsanlegg for
brenselscelle-teknologi.
Brenselscellen
Brenselscellen BZA-150, BZA er et akronym for det tyske ordet Brennstoffzellenaggregat og 150 indikerer toppeffekten i kilowatt. Denne er kjernen i drivverket til GenH2-lastebilen fra Mercedes.
Ifølge salgs og markedssjef Joachim A. Ladra i Cellcentrik er 150 kW utvilsomt lite i en 40 tonns lastebil som skal opp stigninger som eksempelvis Brennerpasset. Systemet er derfor designet på en skalerbar måte, omtrent som legoklosser.
Trenger du 300 kW til en 40 tonns kombinasjon for Europa, benytter du to brenselsceller. Hvis du har behov for enda mer kraft kan du benytte tre. Selskapet har også kombinert 24 brenselsceller for å oppnå megawatt effekt i ett reservestrøms anlegg.
Kostnadsnivå
I startfasen er det ett nøkkelelement å redusere kostnadene ved å få en industrialisert produksjon ved hjelp av maskiner mot mye manuelt arbeid som gjøres i dag. Her er legokloss-metoden, fra vårt ståsted, den riktige måten å gå frem på for å oppnå disse storskala-fordeler. På et senere tidspunkt vil det også være rom for ytterligere produktdifferensiering. Samtidig som bilene nå er ute og tester under drift, jobbes det med å oppnå en mer strømlinjeformet produksjon.
Ulike typer brenselceller
BZA-150 er et PEM brenselcellesystem som opererer ved relativt lave temperaturer hvis vi sammenligner det med SOFC, fastoksid brenselcellene. For bilapplikasjoner er det en fordel med de lave driftstemperaturene da de er raske å starte opp. Det er bare å trykke på startknappen, starte å kjøre og det er å foretrekke ved hyppig start og stopp. SOFC er å foretrekke med en kontinuerlig 24-7 operasjon. De går på høyere temperaturer og har sine fordeler med kontinuerlig drift.
PEM brenselscellen har en arbeidstemperatur på 60 til 70°C, men likefult trengs det mye kjøling for å få varmen ut av kjølesløyfen. Dette er derfor et problem når man skal pakke de ulike elementene på lastebilen og det plasseres mange komponenter bak hytta. Det jobbes derfor for å se om man kan heve arbeidstemperaturen uten at det går på bekostning av levetiden og effektiviteten til brenselscellen.
Fleksibel
En ventil og et temperaturstyringssystem i hydrogensløyfen gjør at systemet kan kjøres med en 350 bar komprimert tank, en 700 bar komprimert tank eller med en flytende hydrogentank, som på GenH2.
På lastebilen sitter det også et batteri både for å gjenvinne energi under retardasjon, og for å utnytte brenselscellen på best mulig måte for å øke levetiden. Brenselscellen har høyest effekt i mellomområdet. Det betyr at under forhold hvor det er lite energibehov går noe av energien til batteriet. Det er med på å øke levetiden til brenselscellen som Cellcentric føler seg sikre på vil være 25.000 timer eller 1,2 millioner kilometer.
- Hva med effektiviteten til brenselscellen, er den like god som med ett batteri?
- Nei, fysikken er den samme. Det er mye bedre effektivitet i et batteri, og derfor er vi også overbevist om at brenselcelle og batteri ikke er en løsning som passer alle. Det vil være behov for begge teknologiene i fremtiden for å dekke hele nyttekjøretøymarkedet. For mindre lass, korte ruter og kjøring som kan planlegges når det gjelder lading, er batteri en flott løsning. Men når man ser hvordan lastebilene benyttes vil ikke det dekke alle bruksområder. Behov for lengre rekkevidde, du har høy nyttelast der en enorm batteripakke bare ikke fungerer. Du har 24-7 drift eller tilfeller hvor du ikke kan planlegge lading på grunn av behovet for fleksibilitet. Her ser vi behovet for brenselcelle-teknologien, sier Ladra.
- Når du tar i betraktning at vi har en redusert effektivitet med direkte sammenligning med batterielektrisk teknologi, men åpenbart bringer andre aspekter til diskusjonen må vi få spørre oss selv hvor kommer denne fornybare energien fra. Vi har ikke nok sol og nok vind til å mate energisulten i hele Europa her i Europa. Så selv om vi går over til 100% fornybar energi, vil vi fortsatt trenge å importere energi. Da må vi stille spørsmålet om hvordan vi vil transportere energien inn til Europa? Det vil ikke være et arsenal av kraftledninger over Middelhavet. Da spiller hydrogen en viktig rolle, og så koker det i grunnen ned til et spørsmål om hydrogenet skal ut av tankskipet og inn i elektrisitetsnettet via et brenselcellesystem i Rotterdam eller Hamburg. Deretter inn i strømnettet slik at det kan lade et batteri i ett elektrisk kjøretøy et sted i Europa, eller om det fraktes i en tankbil til bensinstasjonen, der en lastebil kan fylle på tankene, men i hele verdikjeden er det ikke så stor forskjell lenger når det gjelder effektivitet, fortsetter han.
Elektrisk turbo
- På stacken til Cellcentrik sitter en del som ligner mistenkelig på en turbo, hva er det?
- Det er faktisk en elektrisk turbolader, og ideen bak er i utgangspunktet den samme som vi kjenner fra forbrenningsteknologien. Jo mer luft vi kan komprimere inn i brenselcellens tank, jo mer oksygen har vi som hydrogenet kan reagere med. Dermed, hvis vi bruker en turbolader, kan vi få mer kraft ut av samme størrelse på et brenselcellesystem, noe som kan sammenlignes med slagvolum i en forbrenningsmotor. Samtidig tillater dette oss mer regulering av trykknivået i brenselcellestakken, noe som gir oss flere muligheter til å finjustere driftspunktet og få best mulig ytelse og effektivitet ut av systemet.
- Må du kjøle ned luften?
- Ja, det gjør vi. Inntaksluften kommer fra luftinntaket på kjøretøysiden og vil se forskjellig ut fra kjøretøy til kjøretøy. Turboladeren er da det første trinn, for å komprimere luften til riktig nivå for driften av brenselcellen. Neste trinn er en intercooler for riktig temperaturstyring. Deretter finner vi en luftfukter, fordi en brenselcelle liker det varmt og fuktig. Til slutt mates brenselscellen med den prekondisjonerte luften.
- Hva veier ett slikt anlegg?
- Totalt for brenselcellesystemet, inkludert alt vi har montert på det her, vil det i serieproduksjon veie ca. 230 kilo, hvorav to vil bli kombinert i en 40 tonns lastebil. Så vi sikter mot å kunne sammenligne nyttelasten med en bil med dieselmotor, tatt i betraktning at du ikke bare kan se på motor versus motor, du må se på drivlinje kontra drivlinje, avslutter Ladra.
