Debattartikel i Ny Teknik: När världen investerar i Kiselkarbid för kraftelektronik gör Sverige tvärtom

10 June, 2015 - 07:05

Den 10/6 publicerade Ny Teknik vår debattartikel om Kiselkarbidens betydelse för energi och svensk industri. Läs hela artikeln här:

Världens behov av elektrisk energi ökar dramatiskt. USA spår en 100 % ökning till 2040. Att få fram nya tekniska lösningar på effektivare elenergianvändning och mindre förluster vid generering, distribution och konsumtion av elektricitet är helt nödvändigt. Kiselkarbidbaserad kraftelektronik svarar upp på många av morgondagens behov. Det har USA och Japan insett och storsatsar på FoU inom kiselkarbid. Sverige gör tvärtom. 

Det ökade energibehovet ställer stora krav på elproducenter och elkrävande industri som på klimatet och miljön. Idag är bara 20 % av världens energisystem baserade på kraftelektronik. Om 15 år kommer 80 % att behöva kraftelektronik, enligt John Muth, vice direktör på Power America, USA. Med wide band gap (WBG)-material som kiselkarbid förändras nu elektroniklandskapet. Kiselkarbid (SiC)-baserade plattformar och produkter för kraftelektronik utvecklas i FoU-lab runt om i världen. Plattformar främst avsedda för högspännings-, högfrekvens- och högtemperatur-tillämpningar som järnvägar, el- och hybridbilar, växelriktare och förnyelsebara energikällor som vindkraft och solceller.

Analytiker på Yole Developpment har i flera rapporter påvisat kiselkarbidens marknadspotential*. På den internationella kiselkarbidkonferensen ISICPEAW, 26-28 maj i Stockholm, bekräftades Yoles analys i presentation efter presentation. Företag som Infineon, Cree, GE och Mitsubishi var rörande överens om materialets tekniska fördelar (jämfört med kisel) och dess kommersialiseringspotential. Kyoto University/Mitsubishi visade på en 65 % minskning av energiförluster vid drift av hissar samt 30 % lägre energiförbrukning vid drift av tåg. Cree visade på markant högre verkningsgrad, ökad energitäthet och minskad materialåtgång i växelriktare för solkraft baserade på kiselkarbid jämfört med dagens.

Det svenska SiC Power Center, har sedan 2012, samlat stora bolag som Alstom, Inmotion, Bombardier och Volvo som delat forskningsresurser och erfarenheter under ledning av Acreo Swedish ICT i partnerskap med Swerea Kimab och KTH. Ett axplock av resultat:

  • Inmotion har drivit produktutveckling för bl a tunga hybridfordon. Resultat: Ökad verkningsgrad för en elektrisk drivenhet från 98 % till 99 % vilket innebär en besparing på 600–1000 liter diesel per år. Den högre initialkostnaden för kiselkarbidenheten betalar sig därmed på ett par år.
     
  • Elektronikkonsult har testat att använda transistorer av kiselkarbid i drivsystem för industriella skruvdragare. Resultat: Minskad effektförlust med 60 % och markant ökad verkningsgrad.
     
  • Alstom har utvärderat SiC teknologins möjligheter i en industriell kraftomvandlare. Resultaten visar på minskning av effektförlusterna med 60-70 %, potentiellt kan 99 % verkningsgrad uppnås. Detta skulle innebära en minskad årlig effektförbrukning av 20 GWh.
     
  • Volvo behöver paketerade drivsystem som är små, lätta, temperaturresistenta och energieffektiva. Resultat: Lovande labtester som motiverat till fortsatt utveckling.

Vinnova och Energimyndigheten har de senaste 4 åren beviljat 24 MSEK till SIC Power Center, merparten till industriella projekt. I den senaste utlysningen beviljades kraftelektroniken 1,3 MSEK till 3 projekt. Samtidigt tar centrets finansiering slut vid årsskiftet och framtiden är ytterst osäker.

De svenska investeringarna ska ställas mot USAs storsatsning Power America, som nyligen fått 70 Miljoner USD i offentlig finansiering (och lika mycket i privata investeringar) och staten New Yorks investering på 135 Miljoner USD till ett nytt kiselkarbidlaboratorium med kapacitet för volymproduktion. FoI-investeringen motsvarar ca 60 kr/NY-bo jämfört med 2,6 kr/svensk.

Även Japan har en tydlig och långsiktig kiselkarbidstrategi. De statliga investeringarna ligger i det nya programmet på 70 Miljoner USD (2014-2017). Till det kommer omfattande industriell medfinansiering från Mitsubichi, Fuji, Hitachi, Denso med flera Japanska storföretag.

Över 25 bolag i världen har förberett produktion för kiselkarbidbaserade komponenter och system men än är man inte redo för volymproduktion. Fortsatt FoU krävs kring bland annat tillförlitlighet, prestanda och för att få ned produktionskostnaderna.

Att hoppas på att marknadskrafter ska lösa utveckling och implementering av kiselkarbidbaserade system i Sverige är ett riskfyllt vägval. Om vi saknar en stark forskningsmiljö kommer vi inte ha samma tillgång till internationella resultat och erfarenheter.  Och om vi saknar resurser och kompetens till att förnya inhemsk industri riskerar vi att bli utkonkurrerade av internationella bolag som tidigt är med i tekniksprånget. Vi uppmanar nu därför Vinnova och Energimyndigheten att satsa både rejält och långsiktigt på kiselkarbiden. Det kommer att löna sig.

Lars Lindberg, Systems Manager R & D, Inmotion Technologies
Mats Andersson, VD Alstom Sverige
Vidar Wernöe, VD Elektronikkonsult
Mats Alaküla, Volvo Group Trucks Technology och Lunds universitet
Kent Bertilsson, VD SEPS Technologies AB och Mittuniversitetet
Christian Vieider, VD Ascatron
Mietek Bakowski, Acreo Swedish ICT
Hans-Peter Nee, Professor Energiomvandling, KTH
Margaretha Nylén, Swerea KIMAB
Dag Andersson, Swerea IVF

*Källa Yole: “Power Packaging Technology Trends and Market Expectations”, Mars 2015.

Resurslänkar:

https://www.ncsu.edu/power/

http://www.jst.go.jp/super-c/en/index.html

Läs även artikel i Elektronik i Norden