Dette bør du vite om levetid på brenselceller

Etter denne ukens nyheter om PowerCell har Styri blitt bedt om å skrive en kommentar om levetid på brenselsceller.

Av Fredrik Aarskog, Co-founder Styri

Styri er et konsulentselskap med ekspertise på maritime brenselsceller. Vi hjelper selskaper med å integrere slike løsninger på fartøy, blant annet med hydrogen som drivstoff.

Vår bakgrunn er at vi jobbet i ingeniørteamet til TECO2030, som utviklet en liknende løsning som PowerCell sitt marine system, frem til selskapet gikk konkurs i 2024 og vi startet vårt eget selskap.

I dag eier vi ingen teknologi selv, og jobber dermed uavhengig og med flere aktører. Styri er per i dag heller ikke involvert i fergeprosjektet på Vestfjorden.

Generelt om levetid på komponenter

Generelt kan man si at alle komponenter har begrenset levetid. Dette gjelder i alle typer systemer, om det er brenselsceller, batterier, motorer eller elektronikk. Det kan være pumper, ventiler, sensorer, luftfilter og liknende som til slutt vil feile. Normalt har man planlagt et vedlikeholdsprogram der man vedlikeholder eller bytter komponenter før de feiler.

Sår tvil om svenske brenselceller

Om degradering og levetid på PEM brenselsceller

I denne typen brenselceller foregår den elektrokjemiske reaksjonen i en celle. Cellen består av ulike komponenter som membran, katalysator og bipolare plater, som alle vil degradere ved bruk. Cellen tilføres luft (oksygen) og hydrogen og produserer elektrisk kraft. Ganske likt som et batteri, bortsett fra at det i brenselscellene ikke er lagret energi. For å oppnå høyere effekt stables mange celler oppå hverandre i en stack.

Det er helt normalt og forventet at cellene degraderer når de blir brukt. I praksis vil cellene få gradvis dårligere virkningsgrad, slik at de etter hvert vil bruke litt mer drivstoff for å levere samme effekt som da de var nye. Det er normalt å definere «endt levetid» til en stack som en prosentvis reduksjon av spenning ved en gitt last, for eksempel 10%.

Man bytter gjerne stack når den økonomiske gevinsten ved å tilbakestille virkningsgraden oppveier kostnaden for vedlikeholdet. Altså vil en stack ved «endt levetid» kunne fungere helt fint, men med høyere drivstofforbruk. Normalt vil ikke denne degraderingen føre til at cellen plutselig slutter å fungere.

Det er vanlig å overvåke ytelsen og helsetilstanden til cellene, og på den måten kan man forutse og planlegge frem i tid når man bør bytte en stack. Bytte av stack er en helt normal og forventet aktivitet som del av et vedlikeholdsprogram. Dersom stacks må byttes oftere enn den garanterte levetiden, blir dette selvfølgelig en ekstra-kostnad for leverandøren.

PowerCell slår tilbake

Hvilke faktorer kan påvirke levetiden?

Degradering av brenselsceller er kompleks tematikk som påvirkes av materialvalg og kvalitet på komponentene i cellen. En mulig degraderingsmekanisme i celler som har bipolare plater av stål, er korrosjon. Denne mekanismen motvirkes ved å dekke platene med en coating som motstår korrosjon. Og her kan levetiden potensielt forbedres mye ved å endre coating-materiale eller -kvalitet.

Degradering av brenselsceller påvirkes også av hvordan de blir brukt. Drift på 100% belastning gir eksempelvis mye raskere degradering enn drift på rundt 50% last. Man kan derfor oppnå høyere levetid ved å overdimensjonere systemet. Drift i applikasjoner som kan oppleve minusgrader, mange start-stopp og veldig variabel last (som i en bil) kan gi betydelig høyere degradering enn drift med kontinuerlig last i en kontrollert atmosfære (som på et skip). Det er derfor ikke enkelt å gjøre konklusjoner om levetid om drift på et skip basert på erfaringer fra drift på en bil.

Økt degradering kan også forekomme dersom cellene blir utsatt for uventede forurensninger, i form av noen typer partikler eller gasser.

Hva skjer hvis hydrogensystemet ikke fungerer?

Det er strenge krav til sikkerhet på et hydrogenfartøy, og leverandøren må bevise ovenfor myndighetene og et uavhengig klasseselskap at sikkerheten er minst like god som på en konvensjonell ferge. Regelverket tilsier at systemet skal være konstruert slik at uansett hvilken komponent som feiler, så skal ikke feilen kunne føre til en farlig hendelse.

Dersom en stack har kortere levetid enn forventet vil leverandøren(e) kunne slite med høyere vedlikeholdskostnader og kanskje noe høyere drivstofforbruk enn planlagt, men systemet vil fortsatt fungere. I tilfellet med Vestfjorden har staten fastpris-kontrakt og muligheter for å gi bøter dersom skipene ikke driftes med den andelen hydrogen som er lovet. Skipene får bio-diesel forbrenningsmotor i tillegg til hydrogensystem, slik at man kan anta at skipene vil driftes som normalt selv om hydrogensystemet ikke skulle være i drift i perioder.

Konklusjon

Hvis opplysningene som er publisert av NRK og SVT om begrenset levetid er korrekte, vil dette kunne medføre høyere kostnader for leverandørene. Men basert på det vi vet i dag skal ikke dette påvirke sikkerheten ombord, regulariteten i driften av fergene eller kostnadene til Statens Vegvesen.

Hvor har det blitt av alle de flinke folka?