Study of Fuels based on Renewable Energy for use in Fuel Cells

Både Danmark og EU har et stadigt stigende behov for energi og er fortsat meget afhængige af fossile energikilder. Der er derfor stadig større fokus på vedvarende energi, heriblandt brændselsceller og biogas, som alternativ kilde. Dette projekt har forsøgt at kombinere disse to muligheder, altså at benytte biogas som brændstof i fastoxidbrændselsceller (SOFC).

Hertil er det nødvendigt at kortlægge, hvordan urenheder i brændstoffet påvirker brændselscellernes ydeevne og holdbarhed. Projektet kan overordnet set inddeles i to områder. Det første område omhandlede karakterisering og optimering af testopstillingen og testprotokollen. Grunden til, at en brændselscelle aldrig er lige så god som teorien forudsiger, er, at gasserne der ledes til henholdsvis anoden og katoden blandes direkte igennem læks i testopstillingen og i selve brændselscellen.

Disse læks er blevet undersøgt detaljeret både kvalitativt og kvantitativt vha. elektrokemiske tests kombineret med massespektroskopisk gasanalyse. Resultaterne kan hjælpe med til at forbedre testopstillingen, og kan også bruges til at identificere eventuelle læks under evaluering af testdata. Desuden er hjælpekomponenter til celletest og opstartsprocedurer blevet belyst med henblik på at få pålidelige og reproducerbare resultater og en protokol formuleret, som er brugt i det videre projektforløb.

Det andet område omhandlede undersøgelse af effekten af de primære komponenter (CH4, CO2) og forureninger (H2S) i biogas på virkningsgraden af en SOFC. Ved projektstarten var der kun blevet udført få undersøgelser. I projektet kunne det vises vha. elektrokemiske metoder, at forureningen (H2S) primært kemisorberer på anoden i en SOFC og bevæger sig som en bølge hen over den, hvilket medfører en formindsket ydeevne.

Denne forgiftning er dog reversibel under de her anvendte betingelser. En vigtig konklusion mht. brug af biogas er, at aktiviteten for at konvertere CH4 til brændstof (H2, CO) i selve SOFC-anoden bliver påvirket hårdere af forureningen end den egentlige, strømgivende elektrokemiske reaktion. Langtidstests viste, at denne påvirkning kunne mindskes og derved kunne holdbarheden forlænges markant, hvis den kemiske sammensætning af brændselscellen blev ændret.

Projektets resultater er afgørende for at komme brug af biogas i en SOFC et skridt nærmere mht. tilladt H2S koncentration og de optimale SOFC-anodematerialer.