I en hall på Kongsberg er et lite team med dedikerte teknologer i gang med å bygge om en 30-tonns Volvo-graver til hydrogendrift. Her blir dieselmotoren erstattet med en helt ny type brenselcelle som skal drive den elektriske motoren.
Applied Hydrogen AS ble etablert for tre år siden. Selskapet ble stiftet av John A. Johansen, og entreprenørselskapet Tveito Maskin har vært med fra starten. Siden oppstarten har de ansatte brukt tiden til å designe, utvikle og konstruere det som vil bli verdens første hydrogendrevne Volvo EC 300 EL med brenselcelle. Graveren eies av Veidekke, som også er aksjonær i selskapet.
– Vi er nå sju ansatte, men da vi startet opp i 2021 var det bare jeg. Seks måneder senere var vi tre og siden 2022 har vi vært det teamet vi nå er, sier Vidar Sten-Halvorsen, daglig leder.
Vidar Sten-Halvorsen, daglig leder i Applied Hydrogen, med plansjen som beskriver hvordan komponentene i den hydrogen-drevne brenselcelle-graveren fungerer. (Foto: Njål Hagen)
De ansatte kommer fra Kongsberg-miljøet og flere har bakgrunn fra olje-, gass- og bilindustrien. Selskapet holder til på et næringsområde noen få meter fra Kongsberg Defence & Aerospace, og det er heller ikke langt til resten av innovasjonsmiljøet på Kongsberg.
For øvrig er området de holder til på kjent for mange i anleggsbransjen. Det var fra dette anlegget Roger Jensen kjøpte og solgte brukte maskiner i Norge og resten av verden.
Her er selve brenselcellen. Den er utviklet av canadiske Ballard, og det er en av de første brenselcellene selskapet leverte av deres nyeste modell, og som yter 120 kW. (Foto: Njål Hagen)
Hybridløsning
Da Volvo-graveren ble levert, koblet Applied Hydrogen-teamet seg inn på styresystemet til graveren. Dette gjorde de for å logge turtall, dreiemoment osv. for å finne ut av virkningsområdet til dieselmotoren.
Deretter gjorde de et stort antall beregninger for å se hvor mye effekt forskjellige operasjoner krevde, som for eksempel graving, pussing, lasting etc. Alle dataene ble så analysert, og overført til det nye styringssystemet som er utviklet for å drive maskinen med elektrisk drift.
– Vi jobber sammen med et firma i Østerrike som heter AVL. De har hjulpet oss med teoretiske simuleringer. Selskapet jobber mye med bilfabrikanter om utvikling av motorteknologi i alle varianter, som diesel, bensin, elektrisk, hybrid, brenselceller med mer, sier Sten-Halvorsen.
Sammen med østerrikerne analyserte de alle datafilene, og har så kommet frem til en løsning som skal gi samme kraft til maskinens hydrauliske hovedpumpe og servopumpe som da den hadde dieselmotor.
El-motoren er for øvrig vesentlig kraftigere enn dieselmotoren. Volvos dieselmotor har et dreiemoment på 1100 Nm, mens el-motoren kan levere opp til 2600 Nm.
Brenselcellen leverer opp til 120 kW, og i kombinasjon med et batteri på 33 kWh, leverer den nok effekt til også å håndtere toppene, det vil si når maskinen trenger full kraft. Når maskinen arbeider under normale forhold, brukes noe av strømmen fra brenselscellen til å lade batteriet.
– Dette er på en måte et hybrid-system som består av brenselcelle og batteri. I tillegg skal systemet levere ladespenning til det vanlige 24-voltanlegget, og det er også bygget et kraftig kjølesystem til både batteriet og brenselcellen, forklarer Sten-Halvorsen.
Applied Hydrogen-teamet jobber iherdig med å få hydrogen-graveren ferdig til Vei og Anlegg 2024. Den blir å se på Volvo-standen. (Foto: Njål Hagen)
Samarbeidsprosjekt
Brenselcelle-prosjektet startet som et samarbeid mellom Applied Hydrogen, entreprenørselskapet Tveito Maskin og Volvo Maskin. Etter hvert kom Veidekke inn som partner, og det er som nevnt deres maskin som bygges om.
– Volvo Maskin har vært positive fra dag én, noe som gjorde at vi fikk god kontakt med Volvo CE i Eskilstuna. I hele prosessen har vi hatt tett dialog med Volvo CE og hatt jevnlige møter med den tekniske avdelingen hos Volvo i Sør-Korea, hvor Volvos gravemaskiner blir produsert, sier Sten-Halvorsen.
Samarbeidet har ført til at Applied Hydrogen har fått full tilgang til alt av data om maskinen fra Volvo. Dette gjør at utviklerne på Kongsberg kan arbeide i Volvos 3D-modeller, noe som er veldig unikt.
– Volvo og vi har utviklet en ECU (datahjerne), denne er programmert av Volvo for å snakke med vårt system. Det betyr av vi snakker Volvos språk, og Volvo har døpt denne til Powersource gateway, sier Sten-Halvorsen.
Dette for å skape en sømløs integrering av den nye drivlinjen.
Sten-Halvorsen mener noe av grunnen til at de har lykkes, er at de har full kontroll på hele prosessen.
– Vi er små, men veldig operative og får til det vi ønsker. Den ene dagen sitter vi ved tegnebordet og den neste konstruerer vi, sier han.
Selv om de fortsatt er i byggefasen med første hydrogen-maskin, er planene for ytterligere produksjon allerede klare.
– Vi skal utvikle et hydrogen-kit som «enkelt» kan monteres inn i maskiner, og vi planlegger for ca. 70 enheter i året innen 2027. Det er flere som allerede viser stor interesse for dette, sier han.
Fire hydrogentanker i komposittmateriale skal plasseres i stålkonstruksjonen som skal monteres oppe på motordekslet på graveren. I bakkant står dieseltanken som er fjernet fra Volvoen. Tydelig bilde på at hydrogen krever mer plass enn diesel. (Foto: Njål Hagen)
Vei og Anlegg
Da vi er på besøk i begynnelsen av april jobbes det iherdig på prosjektet. Rundt om på gulvet i hallen der Volvo-graveren bygges om, står det stålkonstruksjoner, el-motor, brenselcelle, pumper og en rekke andre komponenter, og på utsiden står hydrogentankene lagret i en container.
– Vi har godt samarbeid med selskaper i Kongsberg-miljøet, og mye av komponentene er utviklet og bygget i nærområdet, sier Sten-Halvorsen.
Før alle komponentene monteres på maskinen skal de testkjøres.
Teknikerne hos Applied Hydrogen har bygget en egen testbenk, det vil si – den er noe større enn det man vanligvis forbinder med en testbenk. Den er flere titalls kvadratmeter stor.
Her skal hele drivlinjen med brenselcellen, batteri, el-motor og styringssystemer kjøres og testes, og det simuleres alle typer arbeidsoppgaver maskinen brukes til. Dette for å kunne luke bort eventuelle feilkilder, og optimalisere systemet før det monteres inn i Volvo-graveren.
Vidar Sten-Halvorsen forteller at de kommer til å stå på litt ekstra de kommende ukene. Planen er å få graveren ferdig til Vei og Anlegg 2024 i slutten av april.
Så om du skal besøke anleggsmessa på Lillestrøm, legg turen innom Volvo-standen og du vil kunne ta verdens første hydrogen-drevne Volvo EC 300 EL i nærmer øyesyn.
Alle komponenter og styringssystemer er designet og utviklet av teknikere hos Applied Hydrogen. (Foto: Njål Hagen)
En brenselcelle konverterer kjemisk energi i et brensel til elektrisk energi gjennom en elektrokjemisk prosess, altså uten normal forbrenning. Navnet brenselcelle kommer av at hydrogen eller hydrokarboner, som er mye brukt som reaktant, betegnes som brennstoff.
En brenselcelle består av to elektroder nedsenket i en elektrolytt. Det brennbare stoffet, som regel hydrogen eller hydrokarboner i gass- eller væskeform, ledes inn ved den ene elektroden, anoden, som er den negative elektroden. Det foregår en oksidasjonsreaksjon.
Ved den andre positive elektroden, katoden, tilføres den andre reaktanten (oksygen). Det foregår en reduksjonsreaksjon. Er drivstoffet rent hydrogen, vil sluttproduktet kun være vann.
Prinsippet for brenselcellen kan føres tilbake til den britiske fysikeren William Robert Grove (1811–1896), som i 1839 beskrev et eksperiment der han frembrakte elektrisk strøm ved å lede hydrogen og oksygen mot to atskilte elektroder senket i svovelsyre.
De tekniske vanskelighetene med å lage en brukbar brenselcelle har imidlertid vært så store at det tok over 100 år å løse problemene. Omkring 1940 hadde man, vesentlig gjennom eksperimentering, funnet frem til en rekke virksomme typer, men ingen av dem var så velutviklet at de kunne være til noen praktisk nytte. Brenselceller har fått stor praktisk betydning innenfor romvirksomhet. (Illustrasjon og fakta: SNL)