14.000 m2 multikrystallinske solceller synes godt i landskapet på EXPO 2005 i japanske Aichi. Foto: Atle Abelsen (Bilde: Atle Abelsen)
¿ Vertikalmonterte, dobbeltsidige singelkrystallinske solceller er godt egnet for solkraft året rundt, påpeker direktør Nemoto Hiroshi på NEDOs paviljong på EXPO 2005. (Bilde: Atle Abelsen)
Representanter for norsk forskning og næringsliv besøkte EXPO i mai for å kikke nærmere på hvor langt japanerne er kommet i utviklingen av miljøvennlig energiteknoloigi. F.v. Helmer Fjellvåg, UiO, Volodmyr Yartis, IFE, Bjørn Tore Børresen og Morten Rønnekleiv, Statoil og Helge Weydahl, NTNU. Innovation Norway og Forskningsrådet arrangerte turen. Foto: Atle Abelsen (Bilde: Atle Abelsen)

Demonstrerer miljøkraft

  • energi

Aichi, Japan: Japan er et rikt land, men de er fattige på konvensjonelle energikilder.

De har verken olje, gass eller kull, og er helt avhengig av både gode priser og politisk stabilitet når de importerer fossile energibærere til rundt 80 prosent av sitt stasjonære energiforbruk.

Derfor satser de bevisst på å utvikle produksjonen fra solceller, biogass, hydrogen, brenselceller og andre alternative energikilder og -bærere.

Miljøvennlig

Under den store verdensutstillingen EXPO 2005 i Aichi har japanerne bygd opp et mellomstort, miljø- og klimavennlig energisystem fra produksjon av biogass fra organisk avfall, via elektrisitetsproduksjon i brenselceller og lagring i batterier til energieffektivt forbruk. Solceller bidrar også til elektrisitetsproduksjonen.

– Dette er et komplett, i prinsippet lukket system, og det største i sitt slag i verden, sier direktør Nemoto Hiroshi. Han representerer New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), som forvalter offentlige midler til forskning og utvikling som ikke dekkes av private aktører. – Dette området er svært viktig for oss å utvikle. Med kraftpriser på mellom 22 og 28 yen pr. kilowattime til forbrukerne (132–168 øre red.anm.) betyr det at vi har et visst spillerom for å innføre nye energikilder, sier han.

NEDOs kraftverk forsyner deres egen og den offisielle japanske paviljongen med elektrisk kraft, kjøling og nødvendig varme. Kraften produseres i tre brenselcelleanlegg på til sammen 1340 kW og i tre solcelleanlegg på til sammen 330 kW. Et fermenteringsanlegg kan prosessere 4,8 tonn organisk avfall i døgnet og omdanne det til 480 kg biogass til brenselcellene, og en batteripakke på 500 kW kan mellomlagre energien og sørge for at anleggene kan møte topplastkravene på dagtid. Anlegget er også koblet til de lokale el- og gassnettene som en sikkerhet.

– Et avansert kontrollsystem sørger for at det alltid skal være nok effekt og energi tilgjengelig, understreker Hiroshi. Alle teknologiene på området er aller siste utvikling innen område, og flere er kommersialisert i andre sammenhenger. Det automatiserte kontrollsystemet har en viktig oppgave i å holde spenningen og frekvensen i nettet innenfor akseptable rammer.

Fra avfall til brenngass

Fermenteringsanlegget, gassprosesseringsanlegget og reformeren produserer biogass og hydrogen av organisk avfall og avfall fra papir, trevirke og returplast som brennstoff til de tre typene brenselceller. Ut av ett tonn organisk materiale får NEDO ut hele 2000 m3 biogass, som har en spesifikk vekt på 181 kg. Biogassen (og naturgass) kan brukes direkte i SOFC-anlegget på 40 kW og i MCFC-anlegget på 2x250 kW, mens gassen må reformeres til hydrogen til PAFC-anlegget på 4x200 kW.

SOFC-ene (Solid Oxide Fuel Cell) er såkalte høytemperatur brenselceller, som opererer ved temperaturer rundt 1000 grader celsius. De er problemfrie i forhold katalyttisk forgiftning fra CO, og har dermed lang levetid. De har den høyeste elektriske virkningsgraden, og er best egnet for kommersiell masseproduksjon.

PAFC-ene (Phosphoric Acid Fuel Cell) er de mest sofistikerte brenselcellene som er i kommersiell produksjon. Flere er i dag i bruk i små, distribuerte kraftsystemer. De bruker varmen fra eksosen for å øke virkningsgraden i brenselcellene. Elektrolytten holder ca. 200 °C.

MCFC-ene (Molten Carbonate Fuel Cell) har en elektrolyttemperatur på ca 650 °C. Ved å bruke metalliske strukturmaterialer kan man bygge ganske store enheter. Den elektriske virkningsgraden øker med størrelsen på brenselcellene.

Konvensjonelle, gode batterier

Batterianlegget på 500 kW består av natrium-svovelsyreceller (NaS) og er svært effektive til å lagre store mengder energi. – Denne teknologien er godt egnet for større bygninger og industrier, og er nøkkelen for å regulere balansen mellom forbruk og produksjon, sier Hiroshi. Batteriene kjennetegnes ved å være kompakte, har lang levetid (15 år/4500 ladningssykluser), har lite effekttap i ladesyklusen og krever lite vedlikehold.

I tillegg har NEDO installert tre typer solcelleanlegg for å supplere kraftforsyningen. Store multikrystallinske solcellepaneler på 14.000 m 2 (200 kW) og amorfe solceller på 16.000 m 2 (100 kW) omkranser paviljongene, mens på taket står en vegg med dobbeltsidige multikrystallinske solceller som bidrar med 30 kW. – Produksjonen fra solcellene går godt sammen med forbrukskurven, påpeker Hiroshi.

Når EXPO 2005 pakkes ned i september, skal hele anlegget demonteres og settes opp igjen i Nagoya. – Her skal det tjene som demonstrasjonsanlegg, sier direktør Nemoto Hiroshi. EXPO 2005 i Aichi varer fram til 25. september.