Erforschung, Validierung und Implementierung von Power-to-X-Konzepten (Kopernikus P2X), 2016 - 2022
Beschreibung
Im Kopernikus-Projekt „Power-to-X“ werden Technologien entwickelt und bewertet, die Strom aus erneuerbaren Quellen in stoffliche Energiespeicher, Energieträger und energieintensive Chemieprodukte umwandeln. Damit kann diese Energie in Form von maßgeschneiderten Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge oder in verbesserten Kunststoffen und Chemieprodukten mit hoher Wertschöpfung genutzt werden und so den Einsatz von fossilen Rohstoffen deutlich reduzieren. Ein Konsortium aus 18 Forschungseinrichtungen, 26 Industrieunternehmen sowie zwei zivilgesellschaftlichen Organisationen entwickelt innerhalb von zehn Jahren neue Technologien bis zur industriellen Reife entwickeln und damit zum Umbau des Energiesystems beitragen.
In der 1. Förderphase war die STE im Forschungsclusters "Hochtemperatur Co-Elektrolyse zur Synthesegaserzeugung" aktiv. Dort ist es das Ziel, die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasserdampf mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu Synthesegas (Power-to-Syngas) in einem einstufigen Prozess zu entwickeln. Die Erforschung und Weiterentwicklung der HT-Co-Elektrolyse-Technologie soll maßgeschneiderte Synthesegaszusammensetzungen für die nachfolgende Herstellung stofflicher Energieträger und Industrierohstoffe bereitstellen. Für unterschiedliche Industrien werden CO2 Emissionen in prozessbedingte und energiebedingte Emissionen eingeteilt. Insbesondere prozessbedingte Emissionen werden auch in Zukunft als CO2 Quellen zur Verfügung stehen. Somit kann abgeschätzt werden, welche Mengen an welchen Standorten und von welcher Industrie mittel- bis langfristig erwartet werden. Darüber hinaus steht die Modellierung der Prozesskette für die ökologische Bewertung im Mittelpunkt. Die Umweltwirkungen der Synthesegasproduktion mittels HT-Co-Elektrolyse werden denen der konventionellen Dampfreformierung aus Erdgas gegenübergestellt.
In der 2. Förderphase ist die STE aktiv im Roadmapping Prozess des P2X Kopernikus Projektes aktiv. Als einheitliche Basis für diese Prozess wurde ein Energiemodell entwickelt, welches das Nachfragemodell mit detaillierten Wasserstoff- und PtX-Produkten und -Pfaden kombiniert. Darauf aufbauend werden ökologische und techno-ökonomische Analysen unterschiedlicher PtX Technologien durchgeführt. Von Seiten der STE wird dabei die Nutzung von Wasserstoff zur Beheizung der Glaswanne in der Spezialglasproduktion mit Hilfe des Life Cycle Assessments evaluiert. Der Wasserstoff wird über die PEM Elektrolyse hergestellt und es werden unterschiedliche Transportmöglichkeiten des Wasserstoffs für die Versorgung untersucht: die Herstellung vor Ort und direkte Nutzung, der Transport über Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) Pipeline, flüssig über Lkw-Transport. Darüber hinaus wird im Projekt der Einfluss unterschiedlicher Transportmöglichkeiten von Wasserstoff näher zur Versorgung von zehn Tankstellen zur Betankung einer Busflotte. Es werden vier unterschiedliche Transportwege verglichen: der Transport von gasförmigem komprimiertem Wasserstoff mittels Drucktank-Lkw (bei 500 bar) und der Transport über LOHC mit unterschiedlichen Wärmebereitstellungpfaden zur Dehydrierung.
Laufzeit
September 2016 – August 2023 (1. und 2. Förderphase bis August 2022)
Förderung durch
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektpartner
18 Forschungseinrichtungen, 26 Industrieunternehmen, zwei zivilgesellschaftliche Organisationen
Projektleiterin IEK-STE
Dr.-Ing. Petra Zapp
Ergebnisse
• 1. Roadmap (.pdf)
• 2. Roadmap (.pdf)
• 3. Roadmap (.pdf)
• 4. Roadmap (.pdf)
• Morgenthaler, S. ; Kuckshinrichs, W. ; Witthaut, D.: Optimal system layout and locations for fully renewable high temperature co-electrolysis. Applied energy 260, 114218 - (2020), https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114218
• Morgenthaler, S. ; Ball, C. ; Koj, J. C. ; Kuckshinrichs, W. ; Witthaut, D.: Site-dependent levelized cost assessment for fully renewable Power-to-Methane systems. Energy conversion and management 223, 113150 - (2020), https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113150
• Schreiber, A. ; Peschel, A. ; Hentschel, B. ; Zapp, P.:Life Cycle Assessment of Power-to-Syngas: Comparing high temperature co-electrolysis and steam methane reforming. Frontiers in energy research 8, 533850 (2020), https://doi.org/10.3389/fenrg.2020.533850
• Wulf, C.; Zapp, P. Analyzing the future potential of defossilizing industrial specialty glass production with hydrogen by LCA. Procedia CIRP 2022, 105, 666-671, DOI https://doi.org/10.1016/j.procir.2022.02.111
Kontakt
Dr. Petra Zapp
Forschungszentrum Jülich
Institut für Energie- und Klimaforschung
IEK-STE: Systemforschung und Technologische Entwicklung
e-mail: p.zapp@fz-juelich.de
Projektwebseite
http://www.kopernikus-projekte.de/projekte/power-to-x