Ilmaisenergia.info

Ilmaisenergia.info - Yleiset keskusteluaiheet => Yleinen Keskustelu => Aiheen aloitti: LauriH - 03.06.19 - klo:17:58

Otsikko: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 03.06.19 - klo:17:58
Luin jokin aika sitten jutun Convionin kaksisuuntaisista polttokennoista ja siitä, miten Japanissa jo 200 000:een rakennukseen on asennettu polttokenno (http://www.sahkoala.fi/ammattilaiset/artikkelit/sahkotekniikka/fi_FI/polttokennot/). Ajatukseni lähtivät saman tien liikkeelle ja aloin miettiä polttokennon ympärillä pyörivää energiaomavaraista omakotitaloa. Aiheesta ei juurikaan löydy keskusteluja tai muutenkaan ainakaan suomenkielistä informaatiota, joten siksi tämä avaus.

Polttokennohan tosiaan olisi Suomen olosuhteisiin todella ideaali, päästötön ja vaivaton sähkön- ja lämmönlähde. Tässä käyttötarkoituksessa
vedynjakeluverkoston puuttuminenkaan ei olisi ongelma. Suunnittelun lähtökohtana olisi luonnollisesti maksimoitu oma sähköntuotanto sekä minimoitu energiahukka ja energiantarve passiivitalotyyliin. Eli pähkinänkuoressa:

Nykyaikaiset paksut eristeet seinissä, yläpohjassa ja alapohjassa ja kolmilasiset ikkunat. Huonekohtainen käytön mukaan optimoitu lämmityksen säätö, tuloilman lämmitys maakanavassa ja lämmön talteenotto poistoilmanvaihdosta ja jätevedestä. Automaattisesti säätyvät screenkaihtimet ja markiisit vähentämässä viilennystarvetta kesällä ja lämmitystarvetta muina vuodenaikoina. Lisälämmönlähteeksi riittäisi ilmalämpöpumppu, jota voisi käyttää myös viilennykseen kesällä.

Jyrkkä (45 astetta) kattomateriaaliin integroiduilla ohutkalvopaneeleilla varustettu pulpettikatto etelän suuntaan. Lisäksi sopiva määrä aurinkokeräimiä käyttöveden lämmittämiseen. Kulku sisään rakennuksen päädyistä, jotta lumien voidaan antaa valua itsestään alas tuotannon maksimoimiseksi myös talviaikaan. Katon yläreunassa tuuliruuveja asennettuna vaakaan ja pystyyn (nämä eivät toki ole mitenkään kriittisiä komponentteja järjestelmän toiminnalle.)

Kaiken ytimenä kaksisuuntainen polttokenno ja iso vetysäiliö hyvin tuuletetussa tilassa. Myös pieni akusto tarvitaan.

Ja miten kaikki toimii?

Keväällä kun aurinko alkaisi paistaa riittävästi, käyttövesi lämpiäisi aurinkokeräimillä. Aurinkosähkötuotanto huolehtisi talon peruskuormasta päivisin ja akusto öisin. Ylijäämäsähköä voisi jo tässä vaiheessa käyttää elektrolyysiin vetyvarastojen täydentämiseksi. Mitä pidemmälle kevät etenee, sitä enemmän vedyntuotanto kasvaa. Tätä jatkuisi pitkälle syksyyn.

Loppusyksystä, kun paneelit ja keräimet eivät enää tuota riittävästi sähköä ja lämpöä, polttokenno käännettäisiin tuotantoasentoon. Polttokennon tuottama lämpö voitaisiin hyödyntää ohjaamalla sitä varaajaan käyttövettä varten ja takan tapaisena säteilylämmönlähteenä keskellä taloa. Huoneisiin lämpöä voisi jakaa ovien päälle asennettavilla lämmönsiirtopuhaltimilla. Kennon tuottamaa sähköä puolestaan käytettäisiin kaikkeen muuhun, viimeisenä ilmalämpöpumpulle ja varaajalle jos pelkkä kennon tuottama lämpö ei riitä. Paneelien tuotantokaan ei hyvästä suunnittelusta johtuen täysin nollaan taitaisi tipahtaa koko talvena, vähentäen näin polttokennosähkön tuotantotarvetta.

Tuuliruuveista olisi luonnollisesti hyötyä ympäri vuoden, talvella vähentämään lämmitystarvetta ja kesällä lisäämään vedyntuotantoa.

Polttokennon käyttö energiantuotantoon on rajattu vain pimeille ja kylmille talvikuukausille sen käyttöiän pidentämiseksi. Samasta syystä polttokennoa ei käytetä öisen sähkönkulutuksen kattamiseen, vaan se hoidetaan akuilla. Vastaavasti akuston käyttöikää pidennetään ja tarvittavaa kokoa rajoitetaan minimoimalla sähkön käyttö yöaikaan. Esimerkiksi keväällä ja syksyllä lämmitys keskitettäisiin päiväaikaan kun käytössä on ylijäämäsähköä, kesällä tehtäisiin samoin jäähdytyksen suhteen.

Ja sitten spekulointia.

Tarvittavan polttokennon tehon ja vetysäiliön koon pienentämiseksi ilmalämpöpumpun sijaan voisi käyttää vesikiertoista lattialämmitystä ja maalämpöpumppua tai vesi-ilmalämpöpumppua ja hyödyntää myös aurinkokeräimiä laajemmin lämmitysveden lämmittämiseen. Passiivitalomenetelmiä hyödyntämällä lisäenergiantarve on kuitenkin sen verran vähäinen, että on luultavasti edullisempaa olla rakentamatta perinteistä lämmitysjärjestelmää ja tehdä sen sijaan aavistuksen suurempi polttokennojärjestelmä.

Oma vedyntuotanto mahdollistaisi myös vetyauton käytön aika näppärästi, jolloin omavaraisuus ulottuisi myös liikkumiseen, mikäli tuotantokapasiteetti sen sallii.

Kaksisuuntaisen polttokennon sijaan voitaisiin käyttää myös erillisiä perinteistä polttokennoa ja elektrolyysilaitteistoa. Tällaiseen löytyy jo nyt markkinoilta sovellettavia ratkaisuja. Tulevaisuudessa vaihtoehtona voisi olla myös katolle asennettavat elektrolyysipaneelit , jotka muuttavat suoraan auringonvaloa vedyksi. Haittapuolena on, että ne eivät ole kovinkaan pitkäikäisiä, joten niiden uusimiseen aika ajoin pitäisi varautua.

Elektrolyysin raaka-aineena voisi luultavasti pienillä järjestelyillä käyttää puhdistettua kiinteistön hulevettä. Tämän riittävyys jää tosin täysin arvailujen varaan.

Ilmalämpöpumpunkin tarpeen voisi kyseenalaistaa ja käyttää sen sijaan ihan vain sähköpattereita. Niitä käyttäen huonekohtainen lämpötilan säätö olisi ehkä helpompaa. Lähinnä huolta aiheuttaa mahdollinen viilennystarve kesäisin, vaikka tehokas aurinkosuojaus siinä paljon auttaakin.

Varaavan takan voisi varalämmönlähteeksi aina laittaa, jos olisi epäilyksiä polttokennoon pohjautuvan lämmityksen riittävyydestä tai toimintavarmuudesta.

Entäpä taloudellinen kannattavuus

Tämänhetkisillä tiedoillani en ota kantaa tähän puoleen enkä toiseen. Kaikkihan riippuu loppupeleissä siitä, millä hinnalla sopivankokoisia kaksisuuntaisia polttokennoja jossain vaiheessa saa hankittua ja toisaalta siitä, mikä niiden käyttöikä on. Energiaomavarainen talo ei tarvitse sähköliittymää, jonka avaus voi syrjäseuduilla maksaa paljonkin. Samoin sähkön perusmaksuissa tulisi jatkuvaa säästöä. Säästöä tulee myös siitä, ettei taloon tarvitse rakentaa varsinaista lämmitysjärjestelmää. Energian hintaan liittyvät epävarmuustekijät voisi myös kokonaan unohtaa.
Kolmas tekijä puolestaan on aurinkopaneelijärjestelmän hinta.

Laskelmia
Nämä perustuvat lähinnä arvauksiin ja ovat parhaimmillaankin vain suuntaa-antavia, vaikka niissä on käytetty aitoja eri lähteistä kerättyjä tietoja. Kaikkea en näissä huomioi, vaan keskityn polttokennoon ja elektrolyysiin.

Voidaan kuvitella, että energiatehokas talo tarvitsisi yhteensä energiaa esimerkiksi 5000 kWh loka-maaliskuussa, jolloin polttokennoa olisi tarkoitus käyttää sähkön- ja lämmöntuotantoon. Polttokennon hyötysuhde sähköntuotannossa on n. 50%, lämmöntuotto huomioiden 90%. Vety sisältää energiaa 119MJ/kg. Siitä saadaan hyötykäyttöön siis 90% eli 107,1 MJ/kg

1 kWh = 3,6 MJ
5000kWh = 18000MJ
Tarvittava vetymäärä: 18000/107,1 =168kg

Parikymmentä kiloa vetyä tyypillisessä kahdensadan ilmakehän paineessa vaatii tuhannen litran paineastian, näin ollen 168 kg vaatii n. 8,4 m3 paineastian. Painetta nostamalla säiliön koon tarve tietenkin pienenee. Esimerkiksi vetyautoissa käytetään 700 barin säiliöitä. Näkisin kuitenkin, että paineen nostamisella saatava hyöty on vähäinen tässä käyttötarkoituksessa.

Oma lukunsa on toki paineistetun vedyn varastoimiseen liittyvät häviöt (n. 25% kuukaudessa) ja paineistamiseen kuluva energia, joita tässä laskelmassa en huomioi, vaikka pitäisi.

Entäpä sitten tuotantopuoli? Riittääkö tuotettu sähkö kattamaan riittävän vedyntuotannon?
Nykyiset alkalielektrolysaattorit tuottavat 1 kg vetykaasua 50–78 kWh:lla sähköä.

Tarvittava sähköenergian määrä:
168*50= 8400, 168*78 = 13104 eli talon ns. ylijäämäsähköntuotannon pitäisi olla  8400kWh-13100kWh. Tähän pitäisi sitten lisäksi arvioida auringonpaistekauden muu kulutus, joka myös pitäisi kattaa. Suhteellisen pieni lukema, joka koostuisi pääasiassa kesän jäähdytystarpeesta ja talon peruskuormasta.

Aiemmin olen puhut ohutkalvopaneelien käytöstä, koska ne ovat keveitä eivätkä rasita kattorakenteita, ne voidaan asentaa kattoon valmiiksi jo tehtaalla ja aikanaan vuosikymmenien päästä kun katto pitää uusia, on samalla helppo uusia myös paneelit, eikä niiden purkaminen aiheuta lisätöitä. Tässä laskelmassa käytän kuitenkin perinteisiä paneeleita, koska
25kwp paneelisto tuottaa suomen olosuhteissa n. 20000kwH, jonka siis näiden laskelmien valossa pitäisi riittää.

Tarvittava pinta-ala aurinkopaneeleja?
265 W paneeli 1670 x 1006 mm. 25 kwp järjestelmään tarvitsee n. 95 paneelia eli n. 160 m2 tilaa. Mahtuvat siis tavallisen (esim.10m*15m) kokoisen talon katolle (212 m2) ongelmitta. Maksaa ehkä vajaat 30000€ asennettuna ja vähemmän itse asentaen. Parempiakin arvioita saa antaa, uskon niitä tämän foorumin käyttäjiltä löytyvän. Mutta kuten todettua, itse ottaisin mieluummin ohutkalvopaneelit tähän käyttötarkoitukseen.

Tarvittavan polttokennon maksimiteho? Otetaan vastaan hyviä arvauksia. 1-5 kW:n polttokennot maksavat 4000-19000 dollaria (https://www.fuelcellstore.com/fuel-cell-stacks/high-power-fuel-cell-stacks). Kaksisuuntaisina hintaa tulisi toki olemaan enemmän, mutta minun silmissäni ainakaan nuo hinnat eivät olisi kohtuuttomia energiaomavaraisuuden saavuttamiseksi.

Erillisten kaupallisten elektrolyysilaitteistojen valmistajia löysin kyllä paljon, mutta varsinaista laitteistojen hintatasoa on vaikeahko selvittää tarjouksia kyselemättä. Hintatason tietäminen tietysti olisi aika oleellista jos ajatellaan tällä hetkellä toteutettavissa olevan järjestelmän kannattavuuslaskelmia.

Convionin tuottamat kennot ovat hieman isompaa yli 50kW:n kokoluokkaa, joten niitä ei omakotitaloon kannata harkita, vaan ne toimisivat paremmin taloyhtiöiden käytössä.

Näkisin, että jossain vaiheessa polttokennoyhtiöt voisivat toimia etenkin harvaan asutuilla alueilla sähköverkkoyhtiöiden kilpailijoina tarjoten omavaraista avaimet käteen -pakettia rakentajille joko kertainvestointina tai kuukausimaksullisena palveluna.

Heräsikö kenelläkään tästä mitään ajatuksia? ”Täyttä paskaa” on myös ajatus, mutta muunkinlaisia mielipiteitä saa esittää :)
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: denzil dexter - 03.06.19 - klo:18:14
Vety on harvinaisen v:mäinen varastoitava muihin polttoaineisiin verrattuna. Näkisin, että soveltuisi paremmin lyhytaikaiseen varastointiin, eli tasoittaisi tuotannon eroja päivä/viikkotasolla - ei vuodenaikatasolla. Jos polttoainetta tarvitsee talveksi, voisi kannattaa tehdä nestemäistä hiilivetyä, metanolia tms tai varastoida vaikka asetyleenia kiinteässä muodossa (kalsiumkarbidi).
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 03.06.19 - klo:19:49
Vedyn varastoinnissa on kieltämättä ongelmia, johtuen vetymolekyylien pienestä koosta, sen herkkyydestä sitoutua muihin aineisiin heikentäen säiliön rakennetta, ja sen räjähdysherkkyydestä. Etuja sen käytössä puolestaan on, että valmistus on suhteellisen yksinkertaista kun  vesi riittää raaka-aineeksi ja sen lisäksi tarvitaan vain paneelisähköä, toisin kuin noissa esittämistäsi vaihtoehdoissa.

Räjähdysherkkyyden vuoksi varastointitila tulee tosiaan varustaa herkillä antureilla ja erillisellä ilmanvaihdolla. Huono ajatus ei välttämättä olisi sijoittaa sitä erilleen rakennuksesta ja vaikka maan alle. Vety tosiaan tihkuu useimmista metalleista valmistettujen säiliöiden läpi ja haurastuttaa niitä, , mutta ongelmia voidaan vähentää käyttämällä komposiittimateriaaleja. Näkisin, että kiinteässä säiliössä tihkumisongelma ei ole ylitsepääsemätön. Etenkään kun autoissakin nämä ongelmat on kyetty ratkaisemaan, vaikk niissä säiliöiltä vaaditaan vielä enemmän.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: denzil dexter - 03.06.19 - klo:20:24
Autossa on tilaongelma, pihalla ei. Omakotitalossa voi 1000 m2 pihalle varastoida 10 000 kuutiota paineettomasti ja hehtaarin pihalle vähän enemmän. Samalla vältetään kompressorin aiheuttama energiahukka (kaasu kuumenee voimakaasti paineen noustessa ja yleensä tämä lämpö, tai ainakin suurin osa menetetään). Mahdollisesti joku biokaasupussi metallikalvolla voisi toimia.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 03.06.19 - klo:20:33
Todella hyvä pointti. Näkisin jonkinasteisen paineistuksen silti järkevänä, vaikka tilaa olisikin rajattomasti käytössä.

Varastoinnista lueskelin tosiaan lähinnä näistä kahdesta lähteestä
https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/75645/Vaija_Mia.pdf?sequence=1
http://lutpub.lut.fi/bitstream/handle/10024/159332/Kandidaatinty%c3%b6_Lahtinen_Lauri.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: denzil dexter - 04.06.19 - klo:06:57
Näkyi paukahtavan Tukes-lupaprosessit silloin, jos vetyä varastoi yli 100 kg. Sitä en tiedä, miten lähelle 99 kg tankkia sitten saa varastoida toisen tankin.
Lisäksi voi yrittää spekuloida, että alle 10 bar paineessa vety ei tarkalla vaa'alla mitattunakaan paina mitään, eli sitä saa varastoida niin paljon kuin haluaa. Sanomistahan siitä voi tulla.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 04.06.19 - klo:08:40
Lupaprosessikaan ei välttämättä ole este? Riippuen toki sen raskaudesta ja hinnasta, mutta kunhan luvan edellytykset täyttyvät niin eihän ongelmia pitäisi olla, kun sen alusta asti ottaa huomioon. Joutuuhan noita lupia hakemaan aika moneen muuhunkin asiaan. Ja tässä tapauksessa näen luvan tarvitseminen jopa positiivisena asiana ihan turvallisuussyistä johtuen.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: denzil dexter - 04.06.19 - klo:09:08
En tunne tämän nimenomaisen tapauksen vaatimuksia, mutta muissa kaasuvarastoissa voi joutua tekemään räjähdysvaikutuksen arvioinnin, ts mallintamaan kaasun leviämisen ja paineaallon + lämpösäteilyn vaikutuksen ympäristöön. Se on aivan posketon projekti johon ei kannata ryhtyä, ellei omista tehdasta. Jos taas selviää kevyemmällä menettelyllä, saattaa onnistuakin (jos ei ole muita rakennuksia tai asutusta ympärillä ja havunneulojen putoamisesta ei ole haittaa).
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 04.06.19 - klo:09:54
Aivan, kyseessä on selvästi asia, joka kannattaisi varmistaa ihan ensimmäisenä ennen projektin aloittamista.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: kotte - 04.06.19 - klo:10:26
Vety on harvinaisen v:mäinen varastoitava muihin polttoaineisiin verrattuna. Näkisin, että soveltuisi paremmin lyhytaikaiseen varastointiin, eli tasoittaisi tuotannon eroja päivä/viikkotasolla - ei vuodenaikatasolla. Jos polttoainetta tarvitsee talveksi, voisi kannattaa tehdä nestemäistä hiilivetyä, metanolia tms tai varastoida vaikka asetyleenia kiinteässä muodossa (kalsiumkarbidi).
Metanoli voisi juuri ja juuri kuulua kemikaaliryhmään, jolle voisi saada luvan vakituisen asumuksen lähelle sellaisille määrille, joita vuodenaikaisvarastointiin tarvitaan. Kalsiumkarbidista en osaa sanoa, onhan se potentiaalisesti hyvin vaarallista, jos altistuu kosteudelle.

Metanolia voisi tehdä niin, että tarvitaan ensinnä hiilidioksidivarasto. Ilmasta sitä olisi hankala kerätä, mutta sitä voisi kierrättää, kunhan hiilidioksidi kerätään puhtaana talteen vetyä takaisin erotettaessa. Kätevintä voisi olla hiilidioksidin varastointi kuivajäänä riittävän hyvin eristetyssä kylmävarastossa. Haihtuva hiilidioksidi pitäisi tietenkin tiivistää kompressorilla, nesteyttää ja puhaltaa takaisin varastoon sumuna, josta osa muodostaa uutta jäätä. Samalla syntyy hiukan hukkalämpöä hyödynnettäväksi. Sähköä tietenkin tarvitaan koko ajan aika tasaisesti (hiukan vähemmän, mitä lämpöä irtoaa hyödynnettäväksi). Sama laitteisto soveltuu periaatteessa myös talteenotetun hiilidioksidin varastointiin, mutta kapasiteettia tarvitaan silloin toki enemmän.

Metanolisynteesilaitos vaatii aikamoisia paineita, tuskin tuollekaan saa lupaa kuin korkeintaan haja-asutusalueella ja kaiketi tarvitaan ympäristölupaprosessi kaikkine kommervenkkeineen. Tuotoksen voi säilöä tavanomaista öljysäiliötä muistuttavassa astiassa, joka täytyy kuitenkin muovittaa sopivalla muovilla sisältä korroosion estämiseksi tai tehdä jaloteräksestä.

Lisäksi tarvitaan vettä, jota voi osin kierrättää, mutta puhdasta vetttä on helppo tehdä muuhun verrattuna.

Vedyn unohtaisin minäkin varastoaineena suosiolla: on tosiaan lähes vaikeista vaikein varastoaine ja vaatii jättimäistä mittakaavaa ollakseen järkevää käytännössä. Maailmassa on muutama maanalainen iso vetyvarasto kemiallisen teollisuuden tarpeisiin (painevarasto, jossa kaasun paine pysyy kohtuullisena, ilmeisesti luokkaa kymmeniä bareja). Suomeen ei tuollaista pystytä geologisista edellytyksistä johtuen ainkaan edullisesti.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: Pähkäilijä - 04.06.19 - klo:11:31
Ruuanlaitto ja lämmin käyttövesi ovat isoja energiankuluttajia kotitaloudessa. Tuon varaavan takan kun vaihtaisi vesikiertoiseen hellaan niin ruuanlaiton yhteydessä syntyisi lämmityskaudella niin lämmintä ruokaa - lämmintä vettä kuin lämmintä ilmaakin. Kesäaikaan paneelisähköllä voi hoitaa nuo.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: denzil dexter - 04.06.19 - klo:11:32
Aika vaaratonta se karbidi on - kuivassa säilytettynä. Sitä käytettiin yleisesti autojen lampuissa ennen kuin hehkulangat yleistyivät. Lamppuun kaadettiin vettä ja laite annosteli automaattisesti ajon aikana vettä niin, että oikea kaasunpaine säilyi.
Lyömättömänä etuna on kaasun varastointi kiinteään muotoon - menee helposti 50-kertaa enemmän energiaa samaan tilaan eikä tarvita paineastioita.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 04.06.19 - klo:11:53
Ruuanlaitto ja lämmin käyttövesi ovat isoja energiankuluttajia kotitaloudessa. Tuon varaavan takan kun vaihtaisi vesikiertoiseen hellaan niin ruuanlaiton yhteydessä syntyisi lämmityskaudella niin lämmintä ruokaa - lämmintä vettä kuin lämmintä ilmaakin. Kesäaikaan paneelisähköllä voi hoitaa nuo.

Tuossa on kyllä ideaa, jos ei polttokennolla halua kaikkea energiaa tuottaa talvella. Omissa kaavailuissa takka olisi tosiaan ollut vain varalla. Vaivattomuus siinä toki hieman kärsii.

Totuuden nimissä, mielenkiintoisia ovat myös nuo esitetyt vaihtoehdot energiansäilömiseen. Pitää tutustua tarkemmin.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: kotte - 04.06.19 - klo:16:45
Aika vaaratonta se karbidi on - kuivassa säilytettynä. Sitä käytettiin yleisesti autojen lampuissa ennen kuin hehkulangat yleistyivät. Lamppuun kaadettiin vettä ja laite annosteli automaattisesti ajon aikana vettä niin, että oikea kaasunpaine säilyi.
Lyömättömänä etuna on kaasun varastointi kiinteään muotoon - menee helposti 50-kertaa enemmän energiaa samaan tilaan eikä tarvita paineastioita.
"Vaarattomuus" lienee oma mielipiteesi? Epäilenpä, ettei kalsiumkarbidia saisi Suomessa myydä kuluttajille ainakaan suurina annoksina (muutama sokeripalan kokoinen briketti kemian kokeiluihin ehkä menisi vielä lävitse tarkasti ohjeistettuna). Asetyleeni on ihan OK vielä normaali-ilmanpaineessa (ei poikkea vaaroiltaan valtavan paljon esimerkiksi bensiinistä), mutta jos lähtöainetta laittaa suljettuun, kosteaan säiliöön ja paine pääsee nousemaan, asetyleeni ennen pitkää räjähtää. Olikohan joku 10 baria raja, jonka jälkeen asetyleeni ei enää pysy stabiilina. Hitsauskaasunakin asetyleeni täytyy liuottaa pullossa olevaan asetoniin, jossa on lisäksi kiintoainehelmiä sisällön räjähdysvaaran vähentämiseksi.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: kotte - 04.06.19 - klo:17:29
Totuuden nimissä, mielenkiintoisia ovat myös nuo esitetyt vaihtoehdot energiansäilömiseen. Pitää tutustua tarkemmin.
Itseäni kiinnostaisi lämmön varastointi johonkin kemikaalin ja faasimuutoksen yhdistelmämateriaaliin. Esimerkiksi tavattoman hygroskooppinen alumiinikloridi (AlCl3) olisi kiinnostava, kun se lisäksi lämpenee erittäin paljon kostuessaan. Ideana olisi siis rakentaa maalämpöpiirin perään kaksi säiliötä, jossa ensimmäisessä pidetään maapiirin lämmöllä sulana pidettävää veden ja kemikaalin "X" seosta (kerron kohta, mitä "X" on) ja tuota sitten imetään alumiinikloridia sisältävään toiseen umpisäiliöön, joka lämpenee kuumaksi imiessään höyrystynyttä vettä (ja mukanaan ainetta "X"). Vesihän höyrystyy riittävän alhaisessa paineessa, vaikka lämpötila olisi vain muutamia plusasteita, mutta putkien täytyy tietenkin olla hyvin väljiä alhaisen paineen ja tämän edellyttämän vähäisen paine-eron takia.

Liuennut alumiinikloridi regeneroidaan riittävän kuumaksi kuumentamalla. Mielellään tarvittaisiin n. 400 asteen lämpötilaa, mikä edellyttää kuumennusta aurinkopaneeleista tehonsa saatavalla sähkövastuksella. Valitettavasti alumiinikloridi hajoaa tuossa lämpötilassa kolmeksi aineeksi, eli astian pohjalle jää alumiinioksidia (alumiinin esijalostettu raaka-aine alumiinitehtaassa) ja seoksesta poistuu kaasuna veden ohella ainetta "X", joka siis on kloorivetykaasua (HCl). Jäähdytettäessa nuo muodostavat liuenneen ylimääräisen poistuvan veden kanssa uudestaan kloorivety- eli suolahappoa alkuperäiseen nestetankkiin, eli näin onkin palattu takaisin ladatun "lämpöpumppuakun" tilanteeseen. Höyrystynyt ja uudelleen tiivistynyt kloorivetyhappo liuottaa alumiinioksidia, jolloin muodostuu ensin alumiinikloridia, joka sitten pystyy imemään lisää vettä hygroskooppisuudellaan. Kumpikin vaihe tuottaa huomattavasti lämpöä.

Eli tuo olisi aurinkosähköllä ladattava kemiallinen varastoiva maalämpöpumppu. Teho on niin mahtava, että luokkaa kymmenen kuutiometriä suolaa ja muutama kymmenen kuutiometriä vettä riittäisivät pienehkön talon talviaikaisen lämpöenergiatarpeen kattamiseen (maasta imetyn lämmön ohella). Ladattaessa taas maapiiri toimii lauhduttimena.

On muitakin kemikaaleja, joilla voi saavuttaa saman. Esimerkiksi natriumhydroksidia on kokeiltu tarkoitukseen. Vahva rikkihappokin toimisi (ja on halpaa). Hiukan vaarallisia (tai pikemminkin korroosiota aiheuttavia) nuo parhaimmat ja kohtuuhintaiset kemikaalit tarkoitusta varten ovat. Litium-pohjaiset olisivat myös hyviä ja ehkä vähemmän korroosiota aiheuttavia, mutta vastaavasti kohtuuttoman kalliita (kun niitä tarvittaisiin luokkaa enemmän kuin satakertaisesti siihen nähden kuin vaikkapa kunnon sähköauton akustossa).

Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 03.11.19 - klo:23:53
Voisin tehdä tästä omankin aiheensa, mutta käytänpä kuitenkin tätä. Periaatteessa unelmointia edelleen, mutta vähän käytännönläheisempää kuin aiemmin..

Oliskohan siinä mitään järkeä, että laittaisin nykyiseen talooni tuollaisen 10000 € maksavan 2 kW:n teholla toimivan vetypolttokennon (https://www.fuelcellstore.com/horizon-2000watt-fuel-cell-h-2000 ) pelkästään talvikäyttöön ja säilöisin vetyä nestemäisessä muodossa. Omassa taloudessani kun lämpötila laskee nollan lähelle niin sähköä alkaa kulua tuolla 2 kW:n teholla, niin aika hyvin saisin tuonkokoisen kennoston tuottaman energian kulutettua omaan käyttöön lokakuusta huhtikuulle. Kylmimpinä pakkaspäivinä nykyinen kulutus on 5-6 kW, mutta todennäköisesti kennoston käyttöönoton myötä selvästi pienempi. Lämpimänä kautena järjestelmä olisi pois käytöstä.

Nestemäisen vedyn jäähdytys veisi toki energiaa, mutta käsittääkseni myös tuottaisi lämpöä, jonka voisi hyötykäyttää lämmitykseen. Samoin polttokennon tuottaman lämmön saisi kohtuullisella vaivalla myös hyötykäyttöön.

Vetyä voisi varmaan tilata vaikk Agalta aina syksyisin säiliön täyteen. Hinnasta ei kyllä ole mitään hajua. Lähinnä tämän idea olisi siis vähentää pakkaskauden ostosähkötarvetta ja toimia samalla kuin takankorvikkeena, halkojen sijasta vain ostelisin vetyä säiliöön :) onkohan nestemäisen veden säilytykselle samanlaisia rajoituksia kuin kaasumaisen?
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: kotte - 04.11.19 - klo:13:12
Oliskohan siinä mitään järkeä, että laittaisin nykyiseen talooni tuollaisen 10000 € maksavan 2 kW:n teholla toimivan vetypolttokennon (https://www.fuelcellstore.com/horizon-2000watt-fuel-cell-h-2000 ) pelkästään talvikäyttöön ja säilöisin vetyä nestemäisessä muodossa.
Ei. Nestemäisen vedyn säilöminen pienessä mittakaavassa ei kerrassaan ole järkevää jatkuvasti tarvittavan jäähdytyksen tai vaihtoehtoisesti jatkuvan kulutuksen takia (vedyn haihtuminen pitää sen kylmänä). Vedyn nesteyttäminen vie jo huomattavan osan energiasisällöstä ja vaatii kallista laitteistoa. Vety on sitäpaitsi hirvittävän vuoto- ja räjähdysherkkää ja varastoinnille vaadittaneen ympäristölupia ja Ex-normien mukaisia laitteistoja ja tiloja käyttöpaikalla.

Vety ei edes ole edullista muuta kuin tehtaalla pullotettuna (monet puunjalostuskemikaaleja valmistavat pienemmät tehtaat päästävät sitä taivaalle, kun aineelle ei ole kannattavia kuljetusmahdollisuuksia; suuremmat polttavat lämpöpannussa tai joissakin tapauksissa tekevät omilla polttokennoillaan sähköä takaisin verkkoon; itse tavoitekemikaalin valmistukseenhan sähköä on mennyt moninkertainen määrä, mitä takaisin on mahdollista saada). Aine varmaan rupeaa lähitulevaisuudessa menemään kaupaksi vaikkapa uusiutuvan dieselin ja lentopetroolin valmistukseen (missä vetyä tarvitaan ja valmistetaan moninkertaisesti kemikaalivalmistuksen sivutuotantona syntyvää määrää enemmän maakaasusta ja ehkä maaöljyn jalostuksen sivutuotteena). Kaikki riippuu siitä, saadaanko vetyä jotenkin kuljetetuksi muuten kuin paineella pulloon puristettuna tai tätäkin paljon epätaloudellisemmin nesteytettynä. Tehokkaammat kuljetusmenetelmät perustuvat vedyn liuottamiseen esimerkiksi tolueeniin tai dibentsyylitolueeniin tehtaalla ja vedyn vapauttamiseen kulutuspäässä lämmön avulla.

Vetyähän voi varastoida helpommin ja tiheämmin kemiallisina yhdisteinä, joista tehokkain on metaani/maakaasu/biokaasujaloste ja toinen tehokas on ammoniakki. Litra nestemäistä metaania tai ammoniakkia sisältää enemmän vetyä tilavuusyksikköä kohden kuin litra nestemäistä vetyä. Ammoniakkia voi jopa säilyttää nestemäisenä kaasupullossa ja metaania taas painepullossa suhteellisen tiheässä. Litra nesteytettyä metaania taas sisältää enemmän energiaa kuin litra bensiiniä.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 04.11.19 - klo:15:05
Kiitos, tulipa taas opittua uutta :)
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 05.11.19 - klo:19:43
Tulipa tuossa tutustuttua myös kahteen yleisimpään muualla Euroopassa kuluttajille myytävään polttokennoratkaisuun, Solidpowerin BlueGENiin ja Viesmannin Vitovalor 300-P:een. Kummallekin on yhteistä, että niitä myydään kotitalouksiin, joissa on sikäläisittäin yleinen (maa)kaasuliittymä jo valmiina. Täällä Suomessa sellaisen käyttö voisi periaatteessa onnistua 19 Etelä-Suomen kunnassa, jossa niitä on kuluttajille saatavilla. Toki kaasunjakelu on luonnollisesti myös monopolitoimintaa, eli siinä saattaisi joutua ojasta allikkoon.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: Savonius - 05.11.19 - klo:21:52
Mää mittä tiär ku ole mailt ja polkupyäräl kaupunkki tullu mut josta jäi miäle et ens vuan tulis japanis myyntti polttokennoauto joho ei tankat vety vaa maa/biokaassu. Kummotti siin kilovattituntihinna mahrais käyrä.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: kotte - 06.11.19 - klo:09:49
Noissa maakaasupolttokennoissa on solid oxide-tyyppinen kuumakenno (joka kestää hiiliyhdisteitä polttoaineen osana tai seassa; autoihin kehitettävät matalalämpötilakennot eivät siedä hiiltä ja hiili täytyykin erottaa huolellisesti ennakolta, erityisesti pienetkin hiilimonoksidipitoisuudet, joita syntyy sivutuotteena erotettaessa vetyä maakaasusta; tuo puolestaan on vaikeaa pienillä liikuteltavilla laitteistoiilla). Solid oxide-kenno toisaalta sopii hyvin sähkön ja lämmön yhteistuotantoon, mistä kotitalouskäytössä on tyypillisesti kyse. Suomessahan aikoinaan kehiteltiin tuota teknologiaa laivojen apuvoimakonekäyttöön, mutta ei kaiketi vielä osoittautunut dieseleitä (ja maakaasumoottoreita) edullisemmaksi.

Maakaasu on sinällään lämmitysöljyä jonkin verran halvempaa putkesta otettuna (vaikka autoilijalle myydäänkin Suomessa korkeampaan 1,3 ... 1,4 euron kilohintaan). Energian osalta monopoliasema kaiketi loppuu ensi vuonna Viron kaasuputken käyttöönoton jälkeen (putki on juuri valmistumassa), mutta verkkoliittymän osalta tilanne on sama kuin sähkön tai kaukolämmön osalta, eli yksi yhtiö omistaa putket käytännössä tietyllä jakelualueella (usein paikallinen energiayhtiö).
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: Hotzone - 19.11.19 - klo:16:30
Minkälaisella prosessilla vedyn voisi muuttaa hiilivedyksi. Pystyisikö ilman hiilidioksidia hyödyntämään entä puun hiiltä?

Hiilivetyjen säiliöinti on perustekniikkaa.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: denzil dexter - 19.11.19 - klo:19:23
Minkälaisella prosessilla vedyn voisi muuttaa hiilivedyksi. Pystyisikö ilman hiilidioksidia hyödyntämään entä puun hiiltä?

Hiilivetyjen säiliöinti on perustekniikkaa.

Varmaan helpointa on tehdä metanolia vedystä häkäkaasun avulla. Säilyy tankissa ja kelpaa moottorien polttoaineeksi pienellä säädöllä.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: kotte - 20.11.19 - klo:12:28
Minkälaisella prosessilla vedyn voisi muuttaa hiilivedyksi. Pystyisikö ilman hiilidioksidia hyödyntämään entä puun hiiltä?

Hiilivetyjen säiliöinti on perustekniikkaa.
Metaanikin on hiilivety ja se on metanolin ohella toinen helposti ja hyvällä hyötysuhteella vedystä ja hiilidioksidista tai hiilimonoksidista valmistettavissa oleva kemikaali joko katalyyttisesti satojen asteiden lämmössä tai bioreaktorissa luokkaa 50 ... 60 asteen lämmössä (jotakin maatuvaa turvetta tai vastaavaa tarvitaan heräte- ja hivenainelähteeksi ohelle). Tuo reaktio tunnetaan numellä Sabatier-reaktio. Kaasun varastointi vain on hiukan vaikeaa pienessä mittakaavassa (tarvitaan esimerkiksi vesialtaassa suu alaspäin kelluva kaasukellosäiliö). Nestemäisiä hiilivetyjä voi tuottaa Fischer-Tropsch -reaktiolla, mutta nuo reaktiot eivät ole yhtä spesifisiä kuin pelkkää metanolia ja metaania tuottavat, eli tarvitaan jatkojalostusta ja hyötysuhde jää heikommaksi.

Ilmasta voisi hiilidioksidia kerätä niin, että pidetään katetussa altaassa natriumhydroksidiliuosta, joka sitten ajan myötä imee ilmasta hiilidioksidia ja muuttuu natriumkarbonaattiliuokseksi (tosin vesikin samalla pääsee haihtumaan suurelta osin). Tuohon kun lisää poltettua- tai sammutettua kalkkia (ja vettä riittävästi), kalsiumkarbonaatti saostuu pois liuoksesta ja jäljelle jää laimeahkoa natriumhydroksidiliuosta käytettäväksi uudelleen. Kun kalsiumkarbonaattisakan kuivattaa ja sitä kuumentaa jonnekin tuhannen asteen pintaan (vedyn tai sähkön avulla), hiilidioksidi irtoaa varsin puhtaana kaasuna. Jäljelle jää poltettua kalkkia, jonka voi ottaa uudelleen käyttöön (sammutettua kalkkiahan syntyy, kun lisää vettä poltettuun kalkkiin ja samalla seos kuumenee voimakkaasti). Hiilidioksidin kerääminen ilmasta vaatii tässä lähinnä energiaa ja kemikaalit kiertävät kahdessa peräkkäisessä prosessissa. Hiilidioksidia tosin voi erottaa suoraankin sähkön avulla suolavedestä sopivista muovikalvoista koostuvan kennoston avulla. Vesihän rikastaa ilman hiilidioksidia huomattavasti, parhaiten muutaman asteen lämpötilassa.
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: LauriH - 20.11.19 - klo:21:51
Ihan vain ajatuksena, voisiko puunpolton synnyttämää hiilidioksidia ja -monoksidia kerätä helposti varastoon aurinkoiseen aikaan tapahtuvaa hiilivedyn tuotantoa varten,  jos sattuisi harrastamaan puun polttamista takassa/leivinuunissa/pannuhuoneessa? Savukaasuissahan noita ainesosia riittää, mutta onko seassa liikaa liian vaikeasti erotettavia epäpuhtauksia sen hyötykäyttöä varten?
Otsikko: Vs: Energiaomavarainen omakotitalo polttokennolla (unelmointia)
Kirjoitti: kotte - 20.11.19 - klo:23:23
Ihan vain ajatuksena, voisiko puunpolton synnyttämää hiilidioksidia ja -monoksidia kerätä helposti varastoon aurinkoiseen aikaan tapahtuvaa hiilivedyn tuotantoa varten,  jos sattuisi harrastamaan puun polttamista takassa/leivinuunissa/pannuhuoneessa? Savukaasuissahan noita ainesosia riittää, mutta onko seassa liikaa liian vaikeasti erotettavia epäpuhtauksia sen hyötykäyttöä varten?
Ei se ihan helppoa ole, kun palokaasut ovat suurimmaksi osaksi typpeä ja mukana on kaikenlaista nokea ja tervaa, joka sotkee paikkoja. Aika paljon saisi talteen vesipesulla painetankista.

Paras lähde hiilidioksidille olisi käyminen (siis etanolin valmistuksen sivutuotteena sokereista tai tärkkelyksestä), sillä syntyvä kaasu on varsin puhdasta hiilidioksidia (mukana vähän etanolia, vettä ja vastaavaa). Myös mädätyksessä syntyvä raaka biokaasu olisi hyvä lähde hiilidioksidille (esimerkiksi auton polttoaineeksi soveltuvasta kaasusta pitää pestä hiilidioksidi ja rikkiyhdisteet pois esim. vesiruiskutuksella paineessa ja painetta vähentämällä hiilidioksidin saa erkanemaan pesuvedestä). Jätepaperia ja sahajauhoakin voi ensin käyttää ja sitten jäännökset mädättää, mutta edes kohtuullisen saannon saamiseksi menee jo hiukan edistyneemmän bioteknologian puolelle.