Polttokenno on laite, joka muuntaa kemiallista energiaa, tyypillisesti vetyä, suoraan sähköksi ilman palamista. Prosessin lopputuotteina syntyy sähköä, vettä ja lämpöä. Yksittäinen kenno tuottaa vain alle voltin jännitteen, joten käytännössä kennoja pinotaan sarjaan kennopinoksi eli stackiksi, jotta jännite kasvaa käyttökelpoiseksi. Useita stackeja yhdistämällä muodostetaan moduuleja, ja moduuleista voidaan rakentaa jopa megawattitason voimalaitoksia.
Polttokennot koostuvat nykyisin erikoismateriaaleista, kuten platinaa sisältävistä katalyyteistä ja ioneja johtavista kalvoista, ja niiden toiminta vaatii tarkkaa lämpötilan, kosteuden ja paineen hallintaa. Esimerkiksi PEM-polttokennot toimivat noin 60–80 °C lämpötilassa, kun taas kiinteäoksidipolttokennot toimivat huomattavasti kuumemmissa olosuhteissa. Hyötysuhde on tyypillisesti 50–60 prosenttia. Käytännössä polttokenno on osa laajempaa järjestelmää, johon kuuluu myös vedyn varastointi ja syöttö, ilmanhallinta sekä sähköntuoton säätö.
Regeneratiivinen polttokennojärjestelmä – Artemis ja kuu
Avaruussovelluksista jo tuttua polttokennoteknologiaa viedään pidemmälle niin sanotuiksi regeneratiivisiksi järjestelmiksi. NASA kehittää Artemis-ohjelmaa varten ratkaisua, jossa polttokenno yhdistetään aurinkopaneeleihin ja elektrolyysiin. Päivällä aurinkoenergia käytetään veden hajottamiseen vedyksi ja hapeksi, ja kuuyön aikana nämä kaasut muunnetaan takaisin sähköksi. Näin syntyy suljettu kierto, jossa energia voidaan varastoida pitkiksi ajoiksi.
Tämä on kriittistä kuussa, jossa yö kestää jopa kaksi viikkoa. Järjestelmän täytyy olla kevyt, luotettava ja toimia äärimmäisissä olosuhteissa. Regeneratiivisten polttokennojen etuna verrattuna akkuihin on skaalautuvuus ja korkea energiatiheys, jopa noin 1500 Wh/kg tietyissä sovelluksissa.
NASA:n testijärjestelmä on noin henkilöauton mittainen kokonaisuus, jossa on satoja sensoreita ja yli tuhat komponenttia, ja se on suunniteltu toimimaan äärimmäisissä lämpötiloissa sekä täydellisessä pimeydessä.
Tämä ei kuitenkaan ole kiinnostavaa pelkästään avaruuden kannalta. Sama perusongelmahan löytyy myös maapallon energiajärjestelmästä. Uusiutuvaa energiaa syntyy usein ns. väärään aikaan, aurinkoa on päivällä, mutta käyttöhuippu voi olla illalla; tuuli tuottaa sähköä yöllä, kun kulutus on alhaista. Siksi energiantuotannon rinnalle tarvitaan tehokas ja skaalautuva varastointiratkaisu. Polttokennot ja vedyn tuotanto ovat yksi keskeinen ehdokas tähän ja NASA:n projekti voi jossain vaiheessa tuoda uusia mahdollisuuksia myös maan päälle.
https://phys.org/news/2026-05-nasa-fuel-cell-pave-energy.html
