ELEMENT EINS

Power to Liquid

Gasunie, TenneT und Thyssengas steigen in konkrete Planung für grüne Sektorkopplung mit Power-to-Gas ein

  • Strom- und Gasnetzbetreiber planen Bau einer 100 MW Power-to-Gas-Anlage in Niedersachsen
  • Anlage soll Sektoren Energie, Verkehr und Industrie koppeln
  • Power-to-Gas kann helfen das Stromnetz zu stabilisieren, die Abregelung von Windenergie zu begrenzen und künftigen Netzausbaubedarf zu begrenzen

 

Bayreuth, Dortmund, Hannover, 16. Oktober 2018.

„Nägel mit Köpfen“ wollen der Übertragungsnetzbetreiber TenneT und die Fernleitungsnetzbetreiber Gasunie Deutschland und Thyssengas bei der Kopplung von Strom- und Gasnetzen für die Energiewende machen. Die drei Netzbetreiber planen in Niedersachsen den Bau einer mit 100 Megawatt bis dato größten deutschen Power-to-Gas-Pilotanlage. In Betracht kommen Standorte im Bereich der TenneT-Umspannwerke Diele und Conneforde, in denen vor allem Offshore-Windstrom aus der Nordsee gesammelt und weiterverteilt wird.

Mit dem Pilotprojekt „ELEMENT EINS“ wollen die beteiligten Unternehmen erste Erfahrungen mit Power-to-Gas-Anlagen im industriellen Maßstab sammeln. Die Pilotanlage soll schrittweise ab 2022 ans Netz gehen und grünen Strom in Gas umwandeln, um so neue Speicherpotenziale für erneuerbaren Strom zu erschließen. Den Partnern geht es dabei um die umfassende Kopplung der Sektoren Energie, Verkehr und Industrie. So kann der in Gas umgewandelte Grünstrom nicht nur über bestehende Gasleitungen von der Nordsee ins Ruhrgebiet transportiert, sondern unter anderem auch über Wasserstoff-Tankstellen für Mobilität und über die Speicherung in Kavernen für die Industrie zur Verfügung stehen.

Der niedersächsische Umwelt- und Energieminister Olaf Lies sagte zu dem Projekt: „Das ist ein ganz wichtiges Signal für das Energieland Niedersachsen. Der Ausbau von Windenergie an Land und auf See schreitet voran. Allerdings dürfen wir die Energiewende nicht ausschließlich als Stromwende betrachten. Gerade der Sektorkopplung kommt eine herausragende Bedeutung zu. Ich begrüße es sehr, dass wichtige Player der Energiewende jetzt dabei aktiv werden. Das ist das richtige Signal. Einzelne Industrieunternehmen sind bereits am Thema Power-to-Gas dran. Wichtig ist es jetzt, dass wir industriepolitische Maßstäbe der Anlagen realisieren. Das ist hierbei der Fall. Gerade die Verbindung von Strom- und Gasnetz bietet große Entwicklungspotenziale. Aber auch die Nutzung des grünen Wasserstoffs für Mobilität, Wärme und Industrie bietet enorme Chancen. Wie dürfen nicht zu einseitig nur den Strombereich betrachten. Nur so erhalten wir eine Technikvielfalt und sind auch bei den engagierten Unternehmen breit aufgestellt.“

Die Partner haben das Projekt „ELEMENT EINS“ bereits dem Parlamentarischen Staatssekretär im Bundeswirtschaftsministerium, Thomas Bareiß (MdB), vorgestellt. Dieser zeigte sich hochinteressiert an dem Projekt: „Ich bin überzeugt, dass die Nutzung von erneuerbarer Energie als Wasserstoff eine wichtige Antwort auf noch offene Fragen der Energiewende sein wird“, so Bareiß. Er unterstütze daher die Initiative der drei Unternehmen ausdrücklich.

Für TenneT hat Power-to-Gas großes Potenzial, da so dem Stromnetz dringend benötigte Flexibilität zur Verfügung stehen kann. „Wir brauchen leistungsfähige Speichertechnologien, um das ambitionierte Ausbauziel für erneuerbare Energien 2030 zu realisieren. Wenn wir große Mengen an erneuerbarem Strom speichern können, entlasten wir das Stromnetz. Das hilft uns, die teure Abregelung von Windanlagen zu begrenzen und macht die Stromversorgung sicherer“, sagte Lex Hartman, Geschäftsführer von TenneT, und fügte hinzu: „Mehr Speicherung von grünem Strom bedeutet für die Zeit nach 2030 auch weniger zusätzlichen Netzausbau.“ Das innovative Projekt gehört zum umfangreichen Innovationsprogramm des Übertragungsnetzbetreibers, mit dem er Möglichkeiten untersucht, um mehr Flexibilität für den sicheren Netzbetrieb verfügbar zu machen.

„Wir müssen jetzt ‘Power-to-Gas geben‘, um unsere Klimaschutzziele in 2030 und 2050 tatsächlich auch erreichen zu können“, sagte Jens Schumann, Geschäftsführer der Gasunie Deutschland. „Gerade das Thema Sektorkopplung, mit dem eine intelligente Verbindung der Gas-, Strom-, Wärme- und Mobilitätsinfrastrukturen volkswirtschaftlich sinnvoll weiterentwickelt werden kann, bietet in diesem Zusammenhang ein großes, bislang noch nicht umgesetztes Potenzial. Der Power-to-Gas-Technologie kommt hier eine große Bedeutung zu, denn diese ermöglicht eine praktische Lösung für die Verbindung bislang getrennter Infrastrukturen.“

„Mit dem Bau einer Power-to-Gas-Großanlage ist auch klar, dass die Energiewende eine Ingenieursaufgabe werden muss, soll sie denn gelingen. Technische Innovationen und die sektorübergreifende Suche nach tragfähigen Engineering-Lösungen sind die entscheidenden Erfolgsfaktoren für die Energiewende. Wenn wir den Mut haben, unsere technischen Stärken hier zielgerichtet zusammenzuführen, dann werden wir am Ende auch erfolgreich sein. Für die profitable Entfaltung technischen Know-hows brauchen wir jetzt den nötigen Rahmen“, so Dr. Thomas Gößmann, Vorsitzender der Geschäftsführung der Thyssengas GmbH.

Power to Liquid

Hintergrund
Erneuerbare Energien speisen wetterabhängig ein und sind damit nicht immer verfügbar. Bis heute gibt es keine technisch und wirtschaftlich überzeugende Lösung zur Speicherung großer Mengen elektrischer Energie. Power-to-Gas kann hier einen Beitrag leisten, da entsprechende Anlagen regenerativen Strom in Gas (grüner Wasserstoff oder Methan) umwandeln, das über die Gasnetze transportiert oder gespeichert werden kann. Der in Gas umgewandelte regenerative Strom kann so in anderen Sektoren eingesetzt werden und damit dazu beitragen, die Energiewende zu beschleunigen.

Quelle: TenneT

VMK will synthetische, strombasierte Kraftstoffe auf EU- Flottenverbrauchswerte anrechnen lassen

IASA: Nachhaltige Luftfahrt - Sustainable Aviation

Althusmann: Niedersachsen wird von steigender Nachfrage innovativer Treibstoffe profitieren

19.10.2018

Niedersachsens Wirtschaftsminister Dr. Bernd Althusmann begrüßt einen Beschluss der Verkehrsministerkonferenz (VMK), der fordert, dass es den Automobilherstellern künftig erlaubt sein soll, sich auch durch synthetische, strombasierte Kraftstoffe erzielte CO2- Einsparungen auf ihre Flottenverbrauchswerte anrechnen zu lassen.

Althusmann: „Die Anrechnungsmöglichkeit synthetischer, aus erneuerbaren Energien hergestellter Kraftstoffe wie etwa Wasserstoff auf die CO2-Emissionen würde der Produktion und Weiterentwicklung innovativer Treibstoffe in einem Energieland wie Niedersachsen einen großen Schub verleihen. Eine steigende Nachfrage nach strombasierten Kraftstoffen ist gleichzeitig die Voraussetzung, um die zukunftsweisenden Power-to-X-Technologien auch in Niedersachsen in industriellem wie auch mittelständischem Rahmen aufzubauen.“

Bislang zielen die Flotten-Emissionsvorgaben der EU vor allem auf verstärkte Anstrengungen der Automobilhersteller bei der E-Mobilität ab: So gelten E-Fahrzeuge innerhalb der Berechnung grundsätzlich als emissionsfrei, auf wenn der eingesetzte Strom zum Teil fossil erzeugt wird.

Minister Althusmann: „Der Absatz von Elektrofahrzeugen verläuft trotz verschiedener Prämienanreize bislang schleppend. Den Automobilherstellern in Deutschland drohen massive Strafzahlungen, wenn sie die Emissionsziele nicht einhalten. Der Einsatz synthetischer, strombasierter Kraftstoffe kann dazu beitragen, Treibhausgase zu reduzieren und die Automobilindustrie mit etwa 1 Million Arbeitsplätzen – davon rund 200.000 allein in Niedersachsen – vor erheblichen wirtschaftlichen Nachteilen zu bewahren.“

Der VMK-Beschluss wird der EU über die Bundesregierung übermittelt.

Quelle: Niedersächsisches Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung

Kohleausstieg nutzt viel mehr, als Transformation kostet

6. Oktober 2018, Gemeinsame Pressemitteilung von Ecologic Institut, DIW Berlin und Wuppertal Institut

Der Kohleausstieg ist klimapolitisch notwendig, energiewirtschaftlich sinnvoll sowie technisch und wirtschaftlich machbar. Die sukzessive Stilllegung der Kraftwerke nach festgelegter Reihenfolge ermöglicht höchstes Maß an Steuerbarkeit und schafft den notwendigen Vorlauf für regionale Strukturentwicklung. Wie der Kohleausstieg in seinen verschiedenen Facetten gelingen kann, haben Wissenschaftler des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung (DIW Berlin), des Berliner Ecologic Instituts (Hrsg.) und des Wuppertal Instituts im neuen Kohlereaderzusammengefasst.

In den vergangenen Jahren wurden eine Fülle von Studien, Forschungsergebnissen und Lösungsstrategien zum Kohleausstieg vorgelegt. Dieses Wissen wird nun mithilfe des von Wissenschaftlern der drei Institute erstellten Kohlereaderszugänglich gemacht. Der Reader informiert wissenschaftlich-neutral über Fakten und Zusammenhänge und benennt das Für und Wider von Handlungsoptionen.

Kohlekraftwerke sind für knapp 40 Prozent des erzeugten Stromes und circa 80 Prozent der CO2-Emissionen des deutschen Stromsektors verantwortlich. Prof. Claudia Kemfert, Leiterin der Abteilung Energie, Verkehr, Umwelt am DIW Berlin: „Um die Ziele aus dem Klimaschutzplan der Bundesregierung aus 2016 einzuhalten, muss und kann eine deutliche Reduzierung der Kohleverstromung einen entscheidenden Beitrag leisten und es ist mittelfristig ein vollständiger Kohleausstieg erforderlich“. Der Klimaschutzplan sieht für die Energiewirtschaft bis zum Jahr 2030 eine Minderung der CO2-Emissionen von 60 bis 62 Prozent gegenüber 1990 vor.  Manfred Fischedick, Vizepräsident des Wuppertal Instituts, ergänzt: „Wenn man die vorliegenden Forschungsergebnisse zusammen betrachtet, dann ist ein Ausstieg aus der Kohleverstromung aber nicht nur klimapolitisch notwendig, sondern auch energiewirtschaftlich sinnvoll, technisch und wirtschaftlich machbar“.

Der Kohlereader stellt die verfügbaren Möglichkeiten einer schrittweisen Reduzierung und Beendigung der Kohleverstromung und ihre Implikationen dar, informiert über Fakten und Zusammenhänge, benennt das Für und Wider einzelner Handlungsoptionen und zeigt den jeweiligen wissenschaftlichen Hintergrund auf. Er will die Arbeit der Kohlekommission unterstützen, die bis Ende 2018 einen Aktionsplan zum Kohleausstieg vorlegen soll. (ecologic.eu/15988)

Der Kohlereader fasst neben relevanten klimapolitischen Aspekten auch die energie- und gesamtwirtschaftlichen Folgen eines Kohleausstiegs zusammen. „Ein zentraler Befund ist, dass der Nutzen eines Kohleausstiegs bei weitem die Kosten übersteigt – auch, weil der Kohleausstieg neue wirtschaftliche Chancen eröffnet“, so Kemfert.

Anreize für Power-to-X

Durch einen Kohleausstieg in Deutschland würden notwendige Investitionen in den Bereichen Nachfragemanagement, Speicher, Power-to-X-Anwendungen und Effizienztechnologien angereizt. Weiterhin könne eine Reduzierung der Kohleverstromung an einigen Stellen zu einer deutlichen Entlastung der Netzsituation führen.

Aktuell sind noch rund 18.500 Personen direkt in den Braunkohlekraftwerken und -tagebauen beschäftigt; weitere 4.000 bis 8.000 Menschen sind in den Steinkohlekraftwerken tätig. Am schwierigsten sind die Ausgangsbedingungen für die eher strukturschwache und ländliche Lausitzer Braunkohleregion. Ein großer Teil des Beschäftigungsrückgangs im Kohlesektor ließe sich zwar durch einen regulären Renteneintritt auffangen. Aber auch, wenn der Ausstieg so gestaltet werden kann, dass er kaum negative Auswirkungen für die derzeitige Generation der Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer hat, muss insbesondere für folgende Generationen der Strukturwandel aktiv gestaltet werden. Investitionen in neue zukunftsfähige Arbeitsplätze, aber auch die Verbesserung weicher Standortfaktoren sind notwendig, um attraktive Lebensbedingungen zu schaffen und den Menschen aussichtsreiche Perspektiven in den ehemaligen Kohleregionen zu bieten.

Systemintegration als Herausforderung

Die Studien- und Forschungslage zeigt, dass die für einen Ausstieg aus der Kohleverstromung notwendigen Technologien heute vorhanden sind beziehungsweise deren Entwicklung so weit fortgeschritten ist, dass sie rechtzeitig zum Einsatz kommen können. Die Kosten für Wind- und Solarstrom liegen heute in etwa gleich auf oder sogar unter denen aus neuen fossilen Kraftwerken. Auch die Verfügbarkeit von Energiespeichern stellt keinen Engpass für den Kohleausstieg dar. „Simulationsrechnungen zeigen, dass bis zu einem Anteil von bis zu 80 Prozent erneuerbarer Energien im Strom-Mix Flexibilisierungsoptionen, wie etwa die Sektorenkopplung, die stromgeführte Kraft-Wärme-Kopplung, Wärmespeicher und das sogenannte Demand-Side-Management hinreichend sind, um den Anforderungen der Systemintegration gerecht zu werden und insgesamt auch kostengünstiger sind als saisonale Stromspeicher“(Fischedick).

Planungssicherheit durch allmähliche Stilllegung von Kohlekraftwerken nach festgelegter Reihenfolge

Deutsche Kohlekraftwerke sind bereits heute vom europäischen Emissionshandelssystem erfasst. Damit verteuert sich CO2-intensiver Strom. So sollen die Klimafolgekosten integriert und die Klimaschutzziele erreicht werden. Camilla Bausch, Wissenschaftliche Direktorin und CEO des Ecologic Instituts: „Doch trotz der in den letzten Monaten deutlich gestiegenen Zertifikatspreise ist die Anreizwirkung für eine gesicherte und kontinuierliche Reduktion vor allem der Braunkohleverstromung unzureichend“.

Der Reader stellt insofern fixe Stilllegungsdaten, die Festlegung jährlicher Produktionsobergrenzen und preisbasierte Instrumente als mögliche zusätzliche nationale Maßnahmen nebeneinander. Die Analyse zeigt, dass die Steuerbarkeit des Transformationsprozesses für alle Akteure am höchsten ist, wenn Kohlekraftwerke nach einer festgelegten Reihenfolge stillgelegt werden. Dagegen sind bei preisbasierten Instrumenten, wie dem CO2-Mindestpreis, aber auch bei Stilllegung mit großzügigen Übertragungsmöglichkeiten zwischen Kraftwerken, die konkreten Auswirkungen vor Ort schwerer abzuschätzen. Das würde die Möglichkeiten einschränken, dies mit entsprechend zeitlichem Vorlauf zielgerichtet vorzubereiten. „Bei der Auswahl des favorisierten Klimaschutzinstruments müssen Aspekte von Planungssicherheit und Flexibilität berücksichtigt und abgewogen werden“, so Bausch.

Quellen:


 

Power-to-X: Flexible Speicherlösungen für die Sektorenkopplung

IASA: Nachhaltige Luftfahrt - Sustainable Aviation

Berlin, 25. September 2018

Der BVES veröffentlicht seine Kernforderungen zur Systemintegration von Power-to-X(PtX)-Energiespeicherlösungen.

 

Mit flexibler Sektorenkopplung CO2– Emissionen senken 

Power-to-X-Technologien (PtX) überwinden Sektorengrenzen, übertragen flexibel Energie und tragen so nachhaltig zur Reduktion von CO2-Emissionen und zur Effizienz bei. Daneben gleichen integrierte Energiespeicher in system-, netz- und marktdienlicher Betriebsweise die Volatilität erneuerbarer Energie aus und geben damit einen entscheidenden kostensenkenden Effekt in das Gesamtsystem.

Energiewandlung ist kein Energieverbrauch

Die besonderen Potentiale von Energiespeichern auch bei der Sektorenkopplung werden im deutschen Recht aktuell nur marginal berücksichtigt. Stattdessen werden Speicher pauschal als Letztverbraucher eingestuft, an die die Erhebung von Umlagen und Abgaben knüpft. Darüber hinaus erkennt der regulatorische Rahmen in der Regel die Senkung von CO2-Emissionen nicht an und es fehlt die notwendige Planungs- und Investitionssicherheit.

Viele PtX-Systeme sind bereits heute kommerziell und industriell verfügbar. Trotz ihrer Systemvorteile werden in Deutschland aufgrund der regulatorischen Bedingungen nur sehr wenige Speicher und Power-to-X-Anlagen gebaut. Dabei könnten Speicher bereits heute den Bedarf an Flexibilität in vielen Fällen volkswirtschaftlich günstiger und technisch besser erfüllen als herkömmliche Erzeugungsanlagen oder Instrumente.

Energiewendekosten auf die Schultern aller Sektoren verteilen

Der BVES plädiert für ein grundlegendes Umdenken weg von einer einseitig über den Stromsektor finanzierten Energiewende hin zu einer sektorengerechten Wälzung der Kosten auf alle Energieerzeugnisse. Das zukünftige Energiemarktdesign muss verlässliche Rahmenbedingungen für eine wirtschaftliche Sektorenkopplung schaffen und die Senkung von CO2-Emissionen honorieren. Das Design muss zudem unbedingt den Grundsatz der Technologieoffenheit respektieren.

Konkrete Lösungsansätze liegen vor

Der BVES erläutert in seinem Positionspapier konkrete Lösungsansätze zur verbesserten wirtschaftlichen und systemdienlichen Implementierung von PtX-Technologien, die den netzdienlichen Einsatz, die intelligente Nutzung von Strom aus Erneuerbaren Energien in Zeiten von Einspeisemanagement oder die Stärkung regionaler Ansätze berücksichtigen. Anhand von Anwendungsbeispielen für Power-to-Gas (PtG), Power-to-Methane (PtM), Power-to-Liquid (PtL), Power-to-Heat (PtH) oder Power-to-Heat-to-Power (PtHtP) zeigt der BVES, dass bereits heute bedeutende Projektgrößen umsetzbar sind, die für Marktakteure auch außerhalb des F&E-Bereichs interessant sind.

Bundesregierung muss Handlungsaufträge jetzt umsetzen

Die politischen Handlungsaufträge im Koalitionsvertrag müssen heute realisiert werden, damit PtX-Technologien zur Anwendung kommen und ihren entscheidenden Beitrag zur Erreichung der Klimaziele einbringen können und zudem ihre immensen wirtschaftlichen Chancen der Technologien für den Standort Deutschland ausspeilen können.

Die Kopplung der Energiesektoren Strom, Wärme und Mobilität in Verbindung mit Speichertechnologien ist ein in sich schlüssiges und nachhaltiges Konzept für unsere Energieversorgung, das unser System effizienter und klimafreundlicher macht. Die wesentliche regulatorische Bedingung hierfür ist, von einem reinen Strom- zu einem ganzheitlichen Energiesystem zu kommen, in dem die Energie zwischen den Sektoren frei fließen kann.

Quelle: BVES


 

Methanbasierte Kraftstoffe für Verkehr und Energieversorgung

nachhaltige Luftfahrt

Leitprojekt MethQuest startet – Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert mit 19 Millionen Euro – 27 Partner aus Forschung, Industrie und Energiewirtschaft

Umweltfreundliche, bezahlbare und nicht zuletzt praktikable Lösungsansätze für eine erfolgreiche Energiewende sind Ziel des Leitprojekts „Methan aus erneuerbaren Quellen in mobilen und stationären Anwendungen“ (MethQuest), das heute, 14. September 2018, startet. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt mit 19 Millionen Euro, die gemeinsame Leitprojektkoordination übernehmen Rolls-Royce Power Systems und die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). An zwei der Verbundvorhaben des Projekts sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT beteiligt.  

Im Leitprojekt MethQuest sollen Technologien entwickelt und untersucht werden, über die sich methanbasierte Kraftstoffe aus erneuerbaren Quellen gewinnen, in mobilen und stationären Anwendungen nutzen und schnell in den Markt einführen lassen. Während Gas insbesondere in der Wärmeversorgung weit verbreitet ist, ist dessen Potenzial im Personen-, Güter- und Schiffsverkehr bisher kaum erschlossen.

„Für eine erfolgreiche Energiewende ist es unabdingbar, dass die Sektoren Energie und Verkehr gekoppelt und gesamtheitlich betrachtet werden. Dabei spielen methanbasierte Kraftstoffe, die anhand von Strom aus erneuerbaren Energiequellen („Power to Gas“) gewonnen werden, eine wichtige Rolle. Mit ihnen lassen sich Treibhausgasemissionen signifikant senken, was uns dabei unterstützt, die Klimaschutzziele zu erreichen. Die Weiterentwicklung der Technologien, durch die diese Kraftstoffe energieeffizient eingesetzt werden können, ist ein wesentlicher Bestandteil des Leitprojekts MethQuest“, sagte Norbert Brackmann, Koordinator der Bundesregierung für die maritime Wirtschaft zum Projektstart.

Wesentlich für MethQuest ist der sektorenübergreifende Untersuchungsansatz. „Durch die sechs Verbundprojekte erreichen wir einen Innovationsschub in zahlreichen Bereichen, angefangen bei der Entwicklung neuartiger Lösungen, um Gas aus erneuerbaren Energien zu gewinnen, über neuartige Motorenkonzepte für Pkw, stationäre Anwendungen und Schiffsantriebe bis hin zur Gestaltung von Microgrids für Binnen- und Seehäfen“, so Dr. Frank Graf, Bereichsleiter Gastechnologie der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des KIT. Er nahm den offiziellen Förderbescheid mit Andreas Schell, Vorstandsvorsitzender von Rolls-Royce Power Systems, stellvertretend für die 27 Partner aus Industrie und Forschung entgegen.

Das Vorhaben hat ein Gesamtvolumen von 32 Mio. Euro und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit insgesamt 19 Millionen Euro gefördert. In sechs Verbundprojekten, die von der Methangewinnung über neue Motorenkonzepte für Schiffe, Blockheizkraftwerke und Pkw bis hin zur Sektorenkopplung durch Microgrid-Lösungen für Binnen- und Seehäfen sowie der systemanalytischen Bewertung gehen, arbeiten die Partner zusammen.

An zwei Verbundvorhaben von „MethQuest“ ist das KIT beteiligt

Im Verbundvorhaben MethFuel, das sich mit neuartigen verfahrenstechnischen Konzepten zur Wasserstoff- und Kohlenstoffdioxid-Bereitstellung und zur katalytischen Methanisierung beschäftigt, sind der Lehrstuhl Chemische Technik des Instituts für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) und der Bereich Chemische Energieträger – Brennstofftechnologie des Engler-Bunte-Instituts (EBI ceb) sowie das mit dem KIT assoziierte Europäische Institut für Energieforschung (EIfER) beteiligt. Das ITCP und EIfER werden in ihrem gemeinsam betriebenen Labor ENERMAT (ENErgetische MATerialien) untersuchen, wie die einzelnen Komponenten der Power-to-Gas-Anlagen, die mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen gespeist werden, mit einem stark schwankenden Stromangebot zurechtkommen. Dabei geht es vor allem um die Aufgabe, Festelektrolysezellen optimal für die hohen dynamischen Anforderungen von Power-to-Gas-Anwendungen einzusetzen. Komplementär dazu wird das EBI ceb die Dreiphasen-Methanisierung (3PM) untersuchen, die Stromschwankungen sehr schnell folgen kann. Dies ermöglicht die direkte Kopplung der Methanisierung an die Wasserstofferzeugung ohne Zwischenspeicherung und somit eine deutliche Reduzierung von Investitions- und Betriebskosten.

Im Verbundvorhaben MethCar, das sich mit der Entwicklung von neuartigen Pkw-Gasmotoren befasst, ist der Bereich für Verbrennungstechnik am Engler-Bunte-Institut (EBI vbt) beteiligt. Die besonderen Eigenschaften von komprimiertem Methan aus erneuerbaren Energien versprechen in einem spezifisch angepassten Pkw-Motor besonders hohe Effizienz, zudem weisen Methanmotoren gegenüber Diesel- und Benzinmotoren sehr geringe Partikelemissionen auf. Allerdings stehen aber auch sehr feine Partikelgrößen, die kleiner als 100 Nanometer Durchmesser haben, zunehmend im Fokus. Um die Bildung dieser Partikel bei bestimmten Betriebszuständen zu vermeiden, werden diese Abläufe von EBI vbt nachgestellt und beschrieben, um sie bei der anschließenden Auslegung des MethCar-Brennverfahrens und der Motorkalibrierung sicher vermeiden zu können.

Des Weiteren untersuchen die Verbundvorhaben MethPower neuartige Motorenkonzepte für stationäre Anwendungen, MethMare zwei Konzepte für schnelllaufende und dynamisch betreibbare Gasmotoren für die Schifffahrt, MethGrid erzeugungs-, netz- und verbrauchsseitige Lösungen zur Gestaltung von Microgrids für Binnen- und Seehäfen sowie Methsys eine verbundübergreifende systemanalytische Bewertung der Kosten, Klimawirkung und Umsetzbarkeit der neuen Technologien.

 

Die Partner im Leitprojekt MethQuest:

AREVA H2Gen GmbH, Continental Automotive GmbH, DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg, DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT),  Engler-Bunte-Institut (EBI) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), European Institute for Energy Research (EIfER), Erdgas Südwest GmbH, Energy Systems Analysis Associates – ESA2 GmbH, FORD-Werke GmbH, Fraunhofer-Institut für Bauphysik, iGas energy GmbH, Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, Infraserv GmbH & Co. Höchst KG, Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH, keep it green GmbH, Kelvion Machine Cooling Systems GmbH, L’Orange GmbH, MTU Friedrichshafen GmbH/Rolls-Royce Power Systems, Open Grid Europe GmbH, RWTH Aachen University, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Stadtwerke Karlsruhe GmbH, terranets bw GmbH, Technische Universität Berlin und Technische Universität München.

nachhaltige Luftfahrt

Methan aus erneuerbaren Quellen für vielfältige Anwendungen nutzbar zu machen – dieses Ziel verfolgt MethQuest. (Grafik: MethQuest)

Hintergrund: Power-to-Gas-Verfahren

In so genannten Power-to-Gas-Verfahren kann mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen umweltfreundlich Gas gewonnen werden, das sich leicht speichern und später bei Bedarf nutzen lässt. Methan aus Power-to-Gas-Prozessen hat dabei zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Power-to-X-Prozessen, die Herstellungsprozesse sind einfacher und zeigen deutlich höhere Wirkungsgrade. Das hat einen positiven Einfluss auf die Produktionskosten. Zudem kann das fossile Erdgas problemlos durch komprimiertes oder verflüssigtes Methan aus erneuerbaren Energien sukzessive ersetzt werden. Die bestehenden Gasnetze und -anwendungen lassen sich so ohne kosten- und zeitaufwendige Anpassungen weiter nutzen.

Zum einen sind gasbasierte Technologien weit entwickelt und millionenfach im Einsatz, zum anderen ist mit den bestehenden Erdgasnetzen und -speichern eine flächendeckende und leistungsstarke Infrastruktur vorhanden, mit deren Hilfe sich Schwankungen bei der Bereitstellung von erneuerbaren Energien ausgleichen, große Energiemengen speichern und Lastspitzen im Energieverbrauch abfedern lassen. Fahrzeuge, die mit Gasen aus erneuerbaren Quellen angetrieben werden, können in Ergänzung zur Elektromobilität einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten.

 

DGVW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut des KIT

Die DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut (EBI) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist eine gemeinsame, unabhängige Einrichtung des DVGW – Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V., Bonn und des KIT. Sie wird von den EBI-Bereichen Chemische Energieträger – Brennstofftechnologie (EBI ceb), Verbrennungstechnik (EBI vbt) sowie Wasserchemie und Wassertechnologie (EBI wct) gemeinsam getragen und gliedert sich in die Bereiche Gastechnologie, Prüflaboratorium Gas und Wassertechnologie.

Weitere Informationen: www.methquest.de

Quelle: Karlsruher Institut für Technologie


 

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)