Power-to-X-Technologien: Erneuerbaren Wasserstoff mit weniger Strom erzeugen

Power-to-X

ZSW erforscht Kombination von Biomasse-Verbrennung mit Hochtemperatur-Elektrolyse

Stuttgart, 26. Juli 2018

Der steigende Anteil von erneuerbarem Strom im Netz macht künftig Speicher erforderlich. Besonders vielversprechend ist die Umwandlung des fluktuierenden Ökostroms in chemische Energieträger oder Rohstoffe. Diese Power-to-X-Verfahren wollen Wis- senschaftler des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff- Forschung Baden-Württemberg (ZSW) jetzt auf zwei Beine stellen:

Zu diesem Zweck planen sie, eine Hochtemperatur-Biomasseverbrennung mit einer Hochtemperatur-Elektrolyse zu kombinieren. Ziel ist ein reduzierter Strombedarf bei der Herstellung von erneuerbarem Wasserstoff – dem Ausgangsstoff für alle chemischen Power-to-X-Speichermedien. Insgesamt ist eine Halbierung des Stromeinsatzes möglich, so das ZSW. Die ersten Vorversuche verliefen erfolgreich. Eine positive Resonanz zum Projekt gibt es bereits.

Der Anteil erneuerbarer Energien am Stromverbrauch in Deutschland lag nach Angaben der Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen im Jahr 2017 durchschnittlich bei rund 36 Prozent. Kurzzeitig ist er deutlich höher: Am 1. Januar und am 1. Mai 2018 etwa schnellte er für jeweils einige Stunden auf 100 Prozent hoch, so die Informationsplattform SMARD der Bundesnetzagentur. Wenn 2030 nach dem Willen der Bundesregierung im Mittel 65 Prozent Ökostrom im Stromnetz fließen sollen, wird das Angebot immer öfter auf das Doppelte oder mehr der Stromnachfrage steigen. Damit der Strom dann für das Energiesystem nutzbar gemacht werden kann, bedarf es intelligenter Konzepte zur Umwandlung.

Power-to-X: Im Zentrum steht Wasserstoff

Einen vielversprechenden Lösungsansatz für langfristige Speicherauf- gaben bietet Power-to-X. Darunter sind alle jene Verfahren zu verstehen, die Ökostrom in chemische Energieträger für die Stromspeicherung, in strombasierte Kraftstoffe für die Mobilität oder Rohstoffe für die chemische Industrie umwandeln. Mit Power-to-X lassen sich bei- spielsweise Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge, Methan für Erdgasautos, Kerosin für Flugzeuge, verflüssigtes Methan (LNG) für Schiffe oder Basischemikalien für die Chemieindustrie herstellen – und zwar klimafreundlich.

Wasserstoff, dient als Ausgangsstoff für alle Power-to-X-Technologien. Durch die Kombination von Hochtemperatur-Elektrolyse und Oxyfuel-Verbrennung will das ZSW den erneuerbaren Wasserstoff nun mit einem geringeren Strombedarf herstellen.

Wärme für die Elektrolyse, Sauerstoff für die VerbrennungBei der Hochtemperatur-Elektrolyse kann im Unterschied zur alkalischen oder PEM-Elektrolyse der Strom als Einsatzenergie zu einem erheblichen Anteil durch Hochtemperaturwärme ersetzt werden. Das Oxyfuel-Verfahren liefert der Elektrolyse durch die Verbrennung mit Sauerstoff die nötige Hochtemperaturwärme und das effizienter als bei Verbrennungsverfahren mit Luft. Als Brennstoff nutzen die Forscher etwa Holz oder Biomassereststoffe.

Die Elektrolyse wiederum erzeugt den für die Hochtemperaturverbrennung notwendigen Sauerstoff, der sonst mit erheblichem Energieaufwand bereitgestellt werden muss. „Mit dieser Technologie wollen wir einen Kubikmeter Wasserstoff aus 2,5 Kilowattstunden Strom erzeugen“, erklärt Dr. Michael Specht, Leiter des ZSW-Fachgebiets „Regenerative Energieträger und Verfahren“. Heutige Elektrolyseure benötigten in der Regel etwa doppelt so viel elektrische Energie.

In einem weiteren Schritt möchten die Forscher das „grüne“ Kohlendioxid aus der Oxyfuel-Verbrennung mit dem Wasserstoff aus der Elektrolyse in einen kohlenstoffhaltigen Energieträger (etwa Methan) oder in Basischemikalien (beispielsweise Methanol) umwandeln. Der Kohlenstoff-Nutzungsgrad ist bei diesem Vorgehen hoch. Die Technologie ist zudem kohlendioxidneutral. Das Vorgehen spart auch Energie, da Kohlendioxid zum Beispiel nicht extra aus einem Rauchgas abgetrennt werden muss.

Zwei Reaktorkonzepte erforschen

Um sein Ziel zu verwirklichen, untersucht das Forscherteam zwei Reaktor-Konzepte und vergleicht diese miteinander: einen Wirbelschichtreaktor sowie einen FLOX-Brenner (flammenlose Oxidation). Es soll ein sauerstoffarmer Abgasstrom erzeugt werden, der einerseits Hochtemperaturwärme für die Elektrolyse und andererseits Kohlendioxid für die folgende Synthese bereitstellt. Erste Versuche zur Oxyfuel-Verbrennung von Erdgas im FLOX-Brenner lieferten ein heißes Abgas, das gut geeignet ist für eine anschließende Kraftstoff-Synthese.

Parallel wird der neue Power-to-X-Pfad mit Hilfe von Prozess-Simulationen bewertet. Das Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) des KIT attestierte dem ZSW-Konzept in ersten Analysen ein erhebliches Kohlendioxid-Senkungspotenzial bei relativ geringem Gesamtenergiebedarf.

Derzeit stellen die ZSW-Wissenschaftler einen Versuchsstand fertig, um die Kombination der beiden Technologien zu untersuchen. „Für unser Vorhaben wollen wir auch Industriepartner aus der Hochtemperatur-Elektrolyse-Entwicklung gewinnen“, erläutert Specht.

Power-to-X

Derzeit wird der Versuchsstand am ZSW aufgebaut. (Foto ZSW)

Power-to-X

Förderung durch Bundesforschungsministerium

Das Forschungsprojekt ist zunächst auf drei Jahre angelegt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt mit gut 900.000 Euro (Förderkennzeichen 03SFK2C0). Das Vorhaben beruht auf der Arbeit des ZSW im Kopernikus-Projekt Power-to-X des BMBF, mit einer geplanten Laufzeit von 10 Jahren: www.kopernikus- projekte.de/projekte/power-to-x

Quelle: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)


 

Allgäu Airport Memmingen veröffentlicht Nachhaltigkeitsbericht 2018

nachhaltige Luftfahrt

Füreinander – Miteinander – Mehr erreichen

Der Allgäu Airport Memmingen hat seinen ersten Nachhaltigkeitsbericht “Füreinander Miteinander Mehr erreichen” veröffentlicht. Bereits der Titel zeigt das Bekenntnis des Flughafenbetreibers zur Verantwortung gegenüber allen Anspruchsgruppen des Airports und den Willen, dieser Verantwortung im Geiste der Nachhaltigkeit gerecht zu werden. Aus den Anfangsbuchstaben leitet sich mit FMM auch noch das gängige Kürzel des Allgäu Airports Memmingen (Flughafen Memmingen GmbH) ab.

Nachhaltige Unternehmensführung

Der Geschäftsführer des Allgäu Airports, Ralf Schmid, unterstreicht ganz am Anfang des Nachhaltigkeitsberichts die auf Nachhaltigkeit ausgerichtete Unternehmensführung des Airports. “Eine intakte Umwelt ist die Basis unseres Tuns und die Zukunft unserer Kinder.”

Als wesentliche Grundlage für das erfolgreiche Nachhaltigkeitsmanagement des Airports sieht Schmid die erfolgreiche Nachhaltigkeitszertifizierung durch die International Association for Sustainable Aviation (IASA e.V.). Ralf Schmid schließt sein Eingangsstatement zur Erstveröffentlichen des Nachhaltigkeitsberichts mit dem Satz “Das … von IASA e.V. verliehene IASA-Siegel bestätigt auf der Basis einer umfassenden, von neutralen Auditoren durchgeführten Prüfung das erfolgreiche Bemühen des Flughafen Memmingen um mehr Nachhaltigkeit.”

Nachhaltigkeitsbericht – Verantwortung auf drei Säulen

Der Nachhaltigkeitsbericht des Allgäu Airports greift das 3-Säulenmodell der Nachhaltigkeitsmethodik auf und ist demzufolge in eine ökologische, eine ökonomische und eine soziale Dimension strukturiert.

Auf übersichtlichen 60 Seiten werden die Maßnahmen und die Herausforderungen in den drei Säulen beschrieben. Energiemanagement, Wassermanagement und Umweltmanagement bilden den Anfang des Berichts. Die zusätzlich geplanten ökologischen Maßnahmen im Zuge des Flughafenausbaus beenden diesen Berichtsteil.

Angaben und Berichte zu Abfallmanagement und Recycling, Lärmmanagement, Ressourceneffizienz sind die folgenden Kernthemen. Daten und Fakten zur “Jobmaschine Flughafen”, zum sozialen Engagement des Airports für die Tafel Memmingen und zur Stärkung des Wirtschafts- und Tourismusstandort Allgäu und die Rolle des Flughafens Memmingen hierzu, runden den Nachhaltigkeitsbericht ab.

Ganz am Ende des Berichts wird das Nachhaltigkeitsprogramm des Airports im ökologischen, ökonomischen und sozialen Bereich tabellarisch dargestellt und dabei der Erfüllungsgrad jeder einzelnen Maßnahme visualisiert. Der Leser kann damit zukünftig die jeweiligen Fortschritte mitverfolgen.

Nachhaltigkeitsbericht

Nachhaltigkeitsbericht 2018 des Allgäu Airports Memmingen

Fazit: Immer mehr Unternehmen in der Luftfahrtbranche erkennen, dass eine konfliktfreie, umweltgerechte und positive Entwicklung der Luftfahrt nur mit einem nachhaltigen Unternehmensmodell zu erreichen ist, das nicht einseitig auf die finanziellen Aspekte blickt, sondern alle Bereiche berücksichtigt, auf die das Unternehmen Einfluss hat.

Die Veröffentlichung des ersten Nachhaltigkeitsberichts des Allgäu Airports Memmingen und die darin sichtbare Erfolgsstory wird dazu beitragen, dass sich weitere Unternehmen aus der Luftfahrtbranche in Richtung Nachhaltigkeit orientieren.

Der hier vorgestellte Nachhaltigkeitsbericht kann über diesen Link bezogen werden: Nachhaltigkeitsbericht 2018 – Allgäu Airport Memmingen

Autor: Michael Wühle – IASA e.V.