Power-to-X (P2X)
Ziel von nachhaltigen P2X-Wertschöpfungsketten ist es, unter Einsatz von erneuerbar erzeugtem Strom, CO2-neutrale stoffliche Energieträger, synthetische Kraftstoffe und CO2-negative Basischemikalien effizient und zeitlich flexibel zu produzieren. Diese können in den Leitmärkten Energie, Wärme, Chemie, sowie Transport & Verkehr eingesetzt werden, um klimaschädliche Energieträger auf fossiler Basis zu ersetzen. Stoffliche P2X-Produkte leisten damit einen signifikanten Beitrag zur Reduktion der Treibhausgasemissionen und tragen damit zum Erreichen der Ziele der Energiewende, des Abkommens zum Ausstieg aus der Kohleverstromung, sowie der internationalen Klimaabkommen bei. P2X stellt damit eine Schlüsseltechnologie zur Sektorkopplung, sowie zur Etablierung einer Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft zur Verfügung. Damit eröffnet sich ein großes wirtschaftliches Potential in der Produktion „Grüner“ Wertstoffe, wobei sich insbesondere für industrielle CO2-Punktquellen als erneuerbarer Rohstoff in einer nachhaltigen P2X-Wertschöpfungskette neue Geschäftsfelder ergeben. In Bezug auf industrielle Transformationsprozesse im Rahmen von Energiewende und Ausstieg aus der Braunkohleverstromung kann P2X als zentrale Technologieoption für den Strukturwandel und der Entwicklung zu einer zukunftsfähigen Tagebaufolgelandschaft angesehen werden.
Eine Kernherausforderung im Bereich der P2X-Technologie besteht derzeit in der Entwicklung von elektrochemischen Verfahren und Prozesstechniken, die skalierbar und kosteneffizient sind. Darüber hinaus müssen die verwendeten Materialien und Komponenten lange Lebensdauern im Betrieb aufweisen.
Unter Power-to-X werden unterschiedliche Energie- und Stoff-Wandlungstechnologien zusammengefasst, wobei „X“ gasförmige (Power-to-Gas) oder flüssige (Power-to-Liquids) Energieträger und Wertstoffe, wie beispielsweise Kraftstoffe (Power-to-Fuels) oder Basischemikalien (Power-to-Chemicals), bezeichnen kann (siehe Abbildung P2X-1). Ausgangsbasis von nachhaltigen P2X-Wertschöpfungsketten sind dabei immer erneuerbar erzeugter Strom aus Wind-, Photovoltaik- oder Biogasanlagen, (Ab)Wasser und regenerative gasförmige Kohlenstoffquellen, wie beispielsweise CO2 aus industriellen Punktquellen, sowie Stickstoff aus der Luft oder biogenen Abfallprodukten.
Power-to-Power (P2P) und Power-to-Gas (P2G) beschreiben dabei Technologieoptionen zur kurz- und langfristigen stationären Energiespeicherung, sowie zusätzlich zur Bereitstellung von Wasserstoff für den Mobilitätssektor in Form eines „Wasserstoff-Vektors“. Auf diese Weise können die Sektoren Energie und Transport & Verkehr „de-karbonisiert“ werden. Technologisch basiert P2P auf elektrochemischen Akkumulatoren (Batterien), wohingegen P2G auf Basis der Wasser- und Dampfelektrolysetechnologie erfolgt. Die Prozesswärme der ablaufenden exothermen Umwandlungsprozesse bei der Rückverstromung (Gas-to-Power) kann durch Kraft-Wärme-Kopplung zur De-Karbonisierung des Wärmesektors verwendet werden (Power-to-Heat, P2H).
Power-to-Fuels (P2F) beschreibt die Nutzung in Form von synthetischen Treib- und Kraftstoffen. Hierzu zählen sowohl Synthetische Kraftstoffe für PKWs, als auch für den Schwerlastverkehr, sowie die Luft- und Schifffahrt. Darüber hinaus können auch Brennstoffe zur Bereitstellung industrieller Prozesswärme hergestellt werden. Wenn das im Elektrolyseschritt verwendete CO2 aus der Atmosphäre abgetrennt wird, eröffnet sich für P2F-Wertschöpfungsketten die Option für geschlossene Kohlenstoff-Kreislaufprozesse im Mobilitätssektor. Der zirkuläre Gesamtprozess ist dann CO2-neutral.
Power-to-Chemicals (P2C) beschreibt die Herstellung von chemischen Rohstoffen und Basischemikalien zur stofflichen Wertschöpfung. Auf diese Weise kann die Grundstoffproduktion der chemischen Industrie „de-fossilisiert“ werden, wobei industrielle „Kohlenstoff-Kreislaufprozesse“ mit neutralen und negativen CO2-Emissionen ermöglicht werden.
Eine Übersicht der unterschiedlichen Möglichkeiten P2X-Wertschöpfungsketten darzustellen, ist anhand von Pfadzusammenhängen in Abbildung P2X-2 illustriert.
