Två steg mot effektivare bränsleceller

Förhoppningarna på bränsleceller har funnits länge. Tekniken är knappast ny utan härstammar från början på 1800-talet. GM visade 1966 upp vad som brukar kallas den första bränslecellsbilen, Electrovan.

Först de senaste åren har bränslecellsbilar nått serieproduktion. Drivlinans verkningsgrad ligger på 40–50 procent. Det är överlägset förbränningsmotorer. Men mer finns att göra.

Christophe Duwig är docent i strömningsteknik och sedan ett och ett halvt år universitetslektor vid institutionen för mekanik på KTH. Han har nyligen ansökt om knappt fem miljoner kronor från Energimyndigheten för ett forskningsprojekt som han hoppas ska möjliggöra en höjning av verkningsgraden med tio procent.

– Det handlar om att utveckla nästa generations bränslecellsdrivlinor. Inom bilindustrin är varje procent viktig, eller till och med varje fraktion av en procent, säger han.

Metoden för att uppnå detta är på papperet inte så komplicerad. Den bygger på att ta tillvara på förluster i två av processens steg.

Läs mer:

Det första handlar om att dra nytta av den volymexpansion av vätgasen som sker när trycket sänks från tankens 600 bar till omkring 2,5 bar i bränslecellen. I dag sker detta med hjälp av en ventil, vilket innebär att värmeenergi avges. I en bränslecell på 115 kW elektrisk effekt kan det typiskt handla om upp till 10 kW. En expander kopplad till en generator skulle kunna ta tillvara på delar av energiförlusten. Problemet är vätgasens speciella termodynamiska egenskaper.

– De flesta molekyler som expanderar när man går från högt till lågt tryck blir kallare. Men med vätgas blir det i stället varmare. Det är lite speciellt och ett område vi saknar kunskap om, säger Christophe Duwig.

Det andra steget i processen handlar om att ta vara på värmen som bildas i bränslecellen och konstruera ett motsvarande system för spillvärmeåtervinning. En vanlig organisk rankinecykel är förmodligen inte användbar på grund av de små temperaturskillnaderna i systemet. I stället står hoppet till en så kallad trilateral cykel som möjliggör en teoretisk spillvärmeåtervinning på 10 kW. För att klara detta behövs en expander som fungerar med ett arbetsflöde i två faser.

Christophe Duwig menar att spilltrycks- och spillvärmeåtervinningen totalt sett skulle kunna bidra till en förbättring av verkningsgraden med cirka tio procent. Men det finns ett problem. Den typ av expander som behövs finns ännu inte på marknaden.

– Målet med projektet är därför att forska fram den kunskap som behövs för ingenjörer ska kunna ta fram lösningarna som krävs, säger han.

Om det är fullt möjligt eller inte vågar han ännu inte svara på. Många frågor återstår och projektet har ännu inte beviljats medel.

– Men jag är alltid optimist. Jag har inte kunskap nog att avgöra sannolikheten för att lyckas. Men det är tråkigt att vara pessimist, säger han.