Maakaasua ja Metanolia Käyttävien Kiinteäoksidipolttokennojen (SOFC) Käyttö Laivoissa
Oksanen, Mikko (2011)
Oksanen, Mikko
Kymenlaakson ammattikorkeakoulu
2011
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2011053110490
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2011053110490
Tiivistelmä
Kiinteäoksidipolttokennot (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) sopivat hyvin sähköntuotantoon kaiken kokoisilla aluksilla. Sen vuoksi opinnäytetyön tavoitteena on tutkia, miten hyvin ne sopivat laivakäyttöön, kun polttoaineena on metanoli tai maakaasu. Nykyisellään polttokennojen käyttäminen suurten laivojen propulsiovoimanlähteenä ei liian pienen volumetrisen tehotiheyden vuoksi onnistu, mutta jokilaivatyyppisillä aluksilla tekniikkaa on testattu menestyksekkäästi.
Opinnäytetyötä kirjoitettaessa polttokennoihin liittyvää suomenkielistä materiaalia oli saatavilla vähän. Sen vuoksi tutkimuksen tärkeimmäksi tavoitteeksi asetettiin suomenkielisen polttokennotiedon tuottaminen. Keskeisinä menetelminä käytettiin kirjallisuuteen perehtymistä sekä suoritettiin kahden viikon pituinen uusiutuvien energioiden intensiivikurssi Fachhochschule Stralsundissa huhtikuussa 2011. Opintomatkan yhteydessä vierailtiin Hannover Messe-teknologiamessuilla.
Aluksi työssä käydään läpi polttokennojen teoriaa, tyyppejä ja rakennetta. Tämän jälkeen siirrytään tarkastelemaan SOFC-kennoille sopivia polttoaineita ja niiden aiheuttamia päästöjä erityisesti meriliikenteen kannalta sekä polttokennojen käyttöä laivoissa ja siihen liittyvää säännöstöä. Lopuksi tutkitaan kiinteäoksidipolttokennojen yhdistettyä sähkön ja lämmön tuotantoa ja verrataan polttokennoja polttomoottoreihin. Opinnäytetyö on koostettu alan kirjallisuudesta, Internet-julkaisuista sekä Saksan opintomatkan materiaaleista. Tutkimus on suunnattu polttokennotekniikan oppimateriaaliksi Kymenlaakson ammattikorkeakoulun merenkulkualan ja energiatekniikan insinööriopiskelijoille sekä muille asiasta kiinnostuneille.
Työstä käy ilmi, että tekniikka polttokennojen hyödyntämiselle laivoissa on olemassa, mutta se on hyvin varhaisella kehitysasteella, minkä vuoksi SOFC-kennoilla on korkea hankintahinta verrattuna perinteisiin tekniikoihin. Kun hinnat laskevat, ovat SOFC-kennot kilpailukykyinen vaihtoehto energiatehokkaampaan ja ympäristöystävällisempään sähköntuotantoon. Maakaasu ja metanoli voivat osaltaan ratkaista vedyn varastoimiseen liittyviä ongelmia. Maakaasua ja metanolia on jo menestyksekkäästi kokeiltu laivaprojekteissa. Projektien päätyttyä saadaan käyttökokemuksia sekä tuloksia polttokennotekniikan hyödyntämisen eduista ja haitoista.
Opinnäytetyötä kirjoitettaessa polttokennoihin liittyvää suomenkielistä materiaalia oli saatavilla vähän. Sen vuoksi tutkimuksen tärkeimmäksi tavoitteeksi asetettiin suomenkielisen polttokennotiedon tuottaminen. Keskeisinä menetelminä käytettiin kirjallisuuteen perehtymistä sekä suoritettiin kahden viikon pituinen uusiutuvien energioiden intensiivikurssi Fachhochschule Stralsundissa huhtikuussa 2011. Opintomatkan yhteydessä vierailtiin Hannover Messe-teknologiamessuilla.
Aluksi työssä käydään läpi polttokennojen teoriaa, tyyppejä ja rakennetta. Tämän jälkeen siirrytään tarkastelemaan SOFC-kennoille sopivia polttoaineita ja niiden aiheuttamia päästöjä erityisesti meriliikenteen kannalta sekä polttokennojen käyttöä laivoissa ja siihen liittyvää säännöstöä. Lopuksi tutkitaan kiinteäoksidipolttokennojen yhdistettyä sähkön ja lämmön tuotantoa ja verrataan polttokennoja polttomoottoreihin. Opinnäytetyö on koostettu alan kirjallisuudesta, Internet-julkaisuista sekä Saksan opintomatkan materiaaleista. Tutkimus on suunnattu polttokennotekniikan oppimateriaaliksi Kymenlaakson ammattikorkeakoulun merenkulkualan ja energiatekniikan insinööriopiskelijoille sekä muille asiasta kiinnostuneille.
Työstä käy ilmi, että tekniikka polttokennojen hyödyntämiselle laivoissa on olemassa, mutta se on hyvin varhaisella kehitysasteella, minkä vuoksi SOFC-kennoilla on korkea hankintahinta verrattuna perinteisiin tekniikoihin. Kun hinnat laskevat, ovat SOFC-kennot kilpailukykyinen vaihtoehto energiatehokkaampaan ja ympäristöystävällisempään sähköntuotantoon. Maakaasu ja metanoli voivat osaltaan ratkaista vedyn varastoimiseen liittyviä ongelmia. Maakaasua ja metanolia on jo menestyksekkäästi kokeiltu laivaprojekteissa. Projektien päätyttyä saadaan käyttökokemuksia sekä tuloksia polttokennotekniikan hyödyntämisen eduista ja haitoista.