Highly efficient power system for marine vessels on renewable fuel

Målet i prosjektet er: - Utvikle et høytemperatur PEM brenselselle (HTPEM FC) ? basert kraftsystem for båter med over 60% brensel-til-kraft virkningsgrad som bruker grønt syntetisk brensel. - Muliggjøre kommersiell bruk av slike systemer i maritime applikasjoner og utvikle en plan for innføring av de beste fornybare ressurskjedene. Et kraftsystem (en APU eller et fremdriftssystem) består av en HTPEM brenselcelle og en biometanol reformer. Tre nøkkelelementer må på plass i kraftsystemet for å realisere den høye virkningsgraden på 60%: - Brenselcellen må termisk integreres med reformeren, slik at overskuddsvarmen fra brenselcellen kan brukes til den endotermiske reformeringsreaksjonen; - HTPEM brenselcelle temperatur må økes til over 200°C fra (daglig) 160-180°C, fordi den laveste metanolreformeringstemperaturen er 215 °C; - Hydrogenrik reformatgass fra reformeren må renses slik at brenselcellen er forsynt med nesten ren hydrogen (som tillater nær 100% brensel utnyttelse). Derfor utvikler vi tre nøkkelelementer i Prosjektet, som har sine egne arbeidspakker: 1) en høytemperatur brenselcelle stack, 2) et CO2 separasjon/fangst system og 3) design for det 100 kW optimalserte høyeffektive kraftsystemet. Disse oppgavene komplementeres av lab- og båttestingen av en 5 kW «state-of-the-art» HTPEM FC-basert APU som går på metanol brensel, og av en arbeidspakke som går på produsering og implementering av fornybare syntetiske brensel. Vi har ferdigstilt en omfattende designfase og en materialvurdering for en ny type av høytemperatur PEM brenselcelle stack, og de første stack-ene er blitt testet og optimalisert. De er basert på et nytt konsept: veldig tynne metalliske plater (0,1 mm) med utformete kanaler, sveiset sammen i par, som gir bipolare plater med strømningskanaler til hydrogen, luft og termisk olje. Vi har bygget opp et oppsett for å teste egenskaper til CO2 adsorbenter, materialer som kan brukes til å separere hydrogen fra den hydrogenrike reformatgassen. Dataene for forskjellige driftsbetingelser og adsorbenter er samlet og benyttet i utformingen av det optimaliserte effektive kraftsystemet. Vi har utviklet en preliminær utforming av det høyeffektive systemet med termisk integrering av FC, reformer og hydrogenseparator. Den ble laget for systemer av 5 og 100 kW størrelse. Vi utvikler en alternativ 100 kW demo system design som er basert på billigere og mer tilgjengelige lav temperatur PEM brenselseller. Vi har bygget opp et nytt testoppsett for prosjektet, som sørger for trygg testing av mer kraftige brenselcelle systemer (5 kW+) på labben. Vi har kjøpt elementene og montert de sammen til en komplett 5 kW modul. Den ble kombinert med en batteribank og testet i laboratoriet i forskjellige moduser inkludert modus som skal brukes på en båt (batterilading styrt av batteribankens spenning). Erfaring med de praktiske aspektene av APU drift, samt viktige data om virkningsgraden og transient drift av APU ble oppnådd. Testing av APU-en på en båt er for tiden utsatt fordi de viktigste resultatene ble allerede oppnådd i laboratoriet.

Transporting goods by sea is the most energy efficient solution, but international marine fleet is nonetheless amounting to 3-5% of total global CO2 emissions. As of today, there are a limited number of alternatives to using fossil energy sources for mari ne propulsion. The cost of emitting greenhouse gases for ships will likely increase in coming years. Battery and fuel cell technologies are approaching commercial applications in cars, buses and other land vehicles. These technologies can enable clean power and propulsion for marine applications. Batteries and hydrogen fed fuel cells are well suited for smaller distances where infrastructure is available. For longer distances, other technologies based on liquid or liquefied fuel are required. HTPEM tec hnology has reached a maturity level that enables its near term commercial use in marine transport applications, providing systems with high efficiency and lower fuel costs. The main objective of the project is to develop power and propulsion system for ships with very high efficiency exceeding 60% and low emissions that use local renewable resources as fuel. The project further aims to enable near term commercial use of such systems in marine applications and develop a plan for introduction of the best renewable resource chain. The project will combine the ideas from REMKOF and BioHTPEM projects, novel HTPEM technology from Advent, patented Prototech reformer technology and expertise of both Statoil and the largest HTPEM FC manufacturer in Europe Sere nergy to create and demonstrate a superior marine power and propulsion system. The focus will be on increasing system efficiency and using renewable fuels. The project will link with national and international research groups and companies to make a brea kthrough on the market of marine APU / propulsion systems.