”Världen investerar i kiselkarbid - men Sverige rustar ned”

Världens behov av elektrisk energi ökar dramatiskt. USA spår enhundraprocentig 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 är svaret 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 såväl elproducenter och elkrävande industri som på klimatet och miljön. I dag är bara 20 procent av världens energisystem baserade på kraftelektronik. Om 15 år kommer 80 procent att behöva kraftelektronik, enligt John Muth, vice direktör på Power America, USA.

Med wide band gap -material, (WBG), som kiselkarbid förändras nu elektroniklandskapet. Kiselkarbid-baserade plattformar och produkter för kraftelektronik utvecklas i FoU-lab runt om i världen. Plattformarna är 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 65 procent minskning av energiförluster vid drift av hissar samt 30 procent 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 resultaten:

• Inmotion har drivit produktutveckling för bl a tunga hybridfordon. Resultat: Ökad verkningsgrad för en elektrisk drivenhet från 98 till 99 procent 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. Resultat: minskad effektförlust med 60-70 procent, potentiellt kan 99 procent verkningsgrad uppnås. Detta skulle innebära en minskad årlig effektförbrukning av 20 GWh.

Vinnova och Energimyndigheten har de senaste fyra åren beviljat 24 miljoner kronor till SIC Power Center, merparten till industriella projekt. I den senaste utlysningen beviljades kraftelektroniken 1,3 miljoner kronor till tre 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 dollar i offentlig finansiering (och lika mycket i privata investeringar) och staten New Yorks investering på 135 miljoner dollar 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 dollar (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 Sweden

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