Power to Liquid Anlage im industriellen Maßstab geplant

Industriekonsortium auf dem Weg zu grünem Kerosin

15.04.2019

Ein Förderantrag zum Bau einer industriellen Demonstrationsanlage und gemeinsame Forschung – darauf haben sich heute namhafte Partner im Rahmen einer Absichtserklärung unter dem Titel GreenPower2Jet (GP2J) verständigt. Ziel des Projektes ist es, nach einem erfolgreichen Pre-Engineering, eine industrielle Power to Liquid-Anlage (PtL) zu bauen, die vor allem nachhaltige synthetische Kohlenwasserstoffe liefert, um grüne, klimaneutrale Flugkraftstoffe zu produzieren. Die Technische Universität Hamburg (TUHH), Airbus, BP mit BP Lingen und Air BP, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Dow und Hoyer Logistik beteiligen sich damit an dem vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) ausgeschriebenen „Ideenwettbewerb Reallabore der Energiewende“.

Der Verkehrssektor steht vor der großen Aufgabe, die Treibhausgasemissionen in den kommenden Jahren deutlich zu reduzieren, um so die Pariser Klimaziele zu erreichen. Hierzu muss die Energie-Effizienz weiter erhöht werden, um zu einem geringeren Energieverbrauch für den Transportsektor zu gelangen. Ein Schlüssel zum Erfolg der Mobilität von morgen können unter anderem elektrische Antriebsformen im Straßenverkehr wie beispielsweise Elektroautos oder E-Scooter sein, sofern diese mit erneuerbarer Energie betrieben werden. Im Flugverkehr lassen sich Triebwerke und Kerosin jedoch nicht so einfach durch Elektromotoren und Batterien ersetzen.

„Das liegt daran, weil alternative Antriebe fehlen und die Energiedichte von Batterien weit von der des Kerosins entfernt ist“, sagt Siegfried Knecht, Vorstandsvorsitzender der Luftfahrtinitiative aireg. Daher sind die Fluggesellschaften auf Erdöl-basierten Flugtreibstoff angewiesen mit dem Nachteil der damit verbundenen Treibhausgasemissionen. Doch gerade der Flugverkehr wird künftig weiter deutlich wachsen, laut der Prognose des Branchenverbandes IATA mit ca. 3,5 Prozent pro Jahr weltweit für die nächsten Jahrzehnte.

Deshalb steht die Produktion von nachhaltigen Flugtreibstoffen im Fokus des aktuellen Engagements des GP2J-Konsortiums. Damit die Treibhausgasemissionen in der Luftfahrt nachhaltig und massiv reduziert werden können – trotz des vorhersehbaren Wachstums – muss es Projekte wie GP2J geben, um Kerosin auf Basis der PtL-Technik breit in den Markt einzuführen. Dabei beschreibt PtL (Power-to-Liquid) unterschiedliche technische Prozesse, die die nachhaltige Herstellung flüssiger Kraftstoffezum Ziel haben. Das geschieht durch den Einsatz von „grüner“ elektrischer Energie, die wesentlich zur Senkung von Treibhausgasemissionen beiträgt, da sie aus der Nutzung regenerativer Energiequellen stammt. Im Idealfall kann so klimaneutrales Kerosin produziert werden.

Daher ist Know-how aus unterschiedlichen Bereichen gefragt. Zum Konsortium gehören deshalb neben der TUHH als Projektkoordinator auch Airbus, BP, Air BP, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Dow und Hoyer Logistik sowie als potenzielle Abnehmer für den produzierten Kraftstoff DHL, easyJet, unterstützt durch den Flughafen Hamburg, GDH Transport und Containerlogistik und die Flotte Hamburg. Geplant ist, die Projektidee über eine Förderdauer von fünf Jahren zu verwirklichen.

In einem ersten Schritt und nach einer 6-monatigen Pre-Engineering-Phase kann im Einvernehmen der Partner bis ca. 2021/22 eine industrielle PtL-Anlage auf Basis der sogenannten Fischer-Tropsch Synthese beim Material-Science-Unternehmen Dow in Stade entstehen. Die dort produzierten synthetischen Kohlenwasserstoffe sollen als Grundlage für die weitere Produktion an die BP Raffinerie Lingen geliefert, die eine Aufbereitung durchführt und daraus grünen, klimaneutralen Flugkraftstoff produziert. Geplant ist, diesen Treibstoff am Hamburger Flughafen auf regelmäßig geflogenen Strecken und für die Erstbetankung von Airbus-Flugzeugen in Hamburg-Finkenwerder zu nutzen. Zusätzlich wird aus den verbleibenden Nebenprodukten „grüner“ Diesel erzeugt, der dann im schweren Güterfernverkehr und auf Schiffen des Hamburger Hafens eingesetzt wird. Nach heutigen Maßstäben ist keines der Produkte aus dem so erzeugten Portfolio wirtschaftlich herstellbar und daher sind regulatorische Anreize und Fördermittel notwendig, damit diese für die Erreichung anspruchsvoller THG-Minderungsziele wichtige Technologie weiterentwickelt wird.

Ulf Neuling von der TUHH, der den Projektantrag koordiniert: „Durch dieses Vorhaben kann erstmals eine signifikante Menge an PtL-Produkten in Deutschland erzeugt und verkehrsträgerübergreifend – im Luftverkehr, auf dem Wasser und im schweren Straßengüterverkehr – genutzt werden.“

Foto: BP Europa SE

Die Experten möchten im Rahmen des Reallabors in Erfahrung bringen, inwieweit sich der Einsatz der PtL-Technik wirtschaftlich und ökologisch optimieren lässt bzw. wie die energiewirtschaftlichen Bedingungen sein müssten, damit derartige Konzepte tragfähig werden.

Auch wenn die finalen Investitionsentscheidungen noch nicht getroffen sind, betreten die Beteiligten mit der Herstellung von PtL-Kraftstoffen kostenintensives und technisch äußerst anspruchsvolles Neuland, das zukunftsweisende Innovationen nach Norddeutschland und die Umwelt einen großen Schritt nach vorne bringt.

Quelle: TUHH

Luftfracht: Daten zum Fliegen bringen

IASA: Nachhaltige Luftfahrt - Sustainable Aviation

Größte Air-Cargo Messe der Welt

(PresseBox) (München, 18.03.19)

Künstliche Intelligenz durchdringt Luftfrachtkette

Mit dem Internet of Things suchen sich Sendungen selbst ihren Weg
Branchentreff air cargo Europe während transport logistic, 4. bis 7. Juni 2019, in München. 
Höhere Anforderungen an den Klimaschutz, die wachsende Bedeutung des Online-Handels sowie der Mangel an Fachkräften gehören zu den großen Herausforderungen der globalen Luftfrachtindustrie. Lösungsansätze bieten die Künstliche Intelligenz, weitere Automatisierung und das Internet of Things. Die Branche forscht aber auch an alternativen Antrieben.

Sie ist die größte Luftfrachtmesse der Welt: die air cargo Europe während der transport logistic in München. Mehr als 220 Unternehmen aus über 40 Ländern werden auf rund 15.000 Quadratmetern ausstellen. „Wir freuen uns, dass wir unter anderem mit Neutral Air Partner, WCA, Finnair Cargo, Antonov Airlines, Thai Airways und All Nippon Airways weitere wichtige Player der Luftfrachtbranche für die Messe gewonnen haben”, erklärt Stefan Rummel, Geschäftsführer der Messe München.

KI setzt sich unweigerlich durch

„Die Anwendung von KI ist die logische Konsequenz der fortschreitenden Digitalisierung in der Luftfracht“, erklärt Prof. Dr. Joachim Ehrenthal von der Fachhochschule Nordwestschweiz, Mitgestalter der offenen Diskussionsrunde „Artificial Intelligence: Next Level Air Cargo?“. Durch den „Austausch über konkrete Anwendungsfälle“ will Ehrenthal das Thema künstliche Intelligenz „auf den Boden bringen.“ KI wird bereits jetzt entlang der Luftfracht-Kette eingesetzt, etwa für Prognosen, optische Prozessüberwachung, die Fahrzeugwartung, das Packen von Behältern oder die Betrugserkennung.

Oftmals passen zu den Luftfracht-Anforderungen die Verfahren der ‚Computational Intelligence‘. Darunter werden von der Natur inspirierte Verfahren verstanden, wie zum Beispiel künstliche neuronale Netze und Schwarmintelligenz. Der Fokus liegt dabei immer auf Daten und deren automatisierter Nutzung. „Wir müssen die Daten zum Fliegen bringen: Das heißt, dass bestehende Datenfriedhöfe aktiviert und in betriebliche Entscheidungs-systeme verwandelt werden müssen“, fasst Ehrenthal zusammen.

Dr. Harald Sieke, Abteilungsleiter Luftverkehrslogistik vom Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML), bestätigt diese Sichtweise: „KI wird entlang der gesamten Luftfrachttransportkette eingesetzt werden. Die aussichtsreichsten Möglichkeiten bestehen bei Buchung, Reservierung sowie beim Frachtaufbau für die Flugzeugladung.“ Es werde durch KI auch zu Verschiebungen im Markt kommen, da sich einzelne Player neu aufstellen und andere vom Markt verschwinden werden.

E-Commerce – auch international immer kleinteiliger
Ein weiterer Trend: Der stark wachsende Onlinehandel führt seit Jahren zu immer kleinteiligeren Sendungen bis hin zu Einzelstücken. „Diese Kleinteiligkeit wird vor allem im grenzüberschreitenden E-Commerce ansteigen, ein für die Luftfracht sehr wichtiges Segment“, prognostiziert Sieke. Zudem will der Kunde den Transport möglichst lückenlos verfolgen. Cargo iQ, eine Initiative der International Air Transport Association (IATA), will deshalb zur Prozesskontrolle, Qualitätsüberwachung und Serviceverbesserung beitragen. Emirates SkyCargo ist hier bereits seit März 2018 zertifiziert. „Wir interagieren proaktiv mit unseren Kunden über den Versandstatus“, sagt Nabil Sultan, Emirates Divisional Senior Vice President Cargo. „Wir überwachen rund um die Uhr die Transporte anhand festgelegter Meilensteine in Echtzeit und ergreifen bei Abweichungen oder Verspätungen Korrekturmaßnahmen.“
Automatisch bis selbst-navigierend
Der Fachkräftemangel beschleunigt zudem den Trend zu automatisierten Systemen sowohl beim Handling als auch beim Transport von Luftfracht. Gleichzeitig werden „bis zu fünf Prozent der Luftfracht durch 3-D- und 4-D-Druck überflüssig werden“, schätzt Sieke. Stelle man diese Zahl jedoch dem erwarteten jährlichen Wachstum der Luftfracht gegenüber, dann seien „die Effekte dieser Techniken als vernachlässigbar anzusehen“. Einen wesentlich größeren Einfluss wird hingegen das Internet of Things haben. „In Zukunft suchen sich die Sendungen selbst ihren Weg durch das Luftfrachtnetz“, meint der Wissenschaftler. In fünf bis zehn Jahren werde die aktuell intensive Forschung dazu in der Praxis spürbar sein.

Maßnahmen für den Klimaschutz

Zum Klimaschutz leistet die Luftfracht-Branche bereits heute einen vielfältigen Beitrag, von der Elektrifizierung des Bodenverkehrs bis hin zu Solaranlagen für die Bauten. Es gilt natürlich, die Nachhaltigkeit des Transportmittels Flugzeug insgesamt zu erhöhen. An diesem Ziel arbeitet zum Beispiel die europäische Clean Sky Joint Technology Initiative (JTI). Sie ist mit 1,6 Milliarden Euro das größte EU-Projekt für Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit der Luftfahrt in Europa. Ein großer Potenzialträger ist die Power-to-Liquid-Technologie, ein Verfahren zum Erzeugen klimaneutraler synthetischer Flüssigbrennstoffe. Gleiches gilt für das hybrid-elektrische Fliegen – Norwegen plant damit die emissionsfreie Luftfahrt bis zum Jahr 2040. Bis zum vollelektrischen Frachtflieger ist es dagegen aufgrund technischer Beschränkungen noch ein weiter Weg.
Quelle: PresseBox

Hydrocracker – der finale Schritt zum PtL-Kerosin

Der Power-to-Liquid-Prozess ist komplex, gerade wenn es in Richtung des finalen Produkts, z.B. PtL-Kerosin geht. IASA informiert in ihrem Journal und in ihrem PtL-Newsletter über die Möglichkeiten und Herausforderungen rund um das Thema Power-to-Liquid für den Luftverkehr. Den IASA-PtL-Newsletter können Sie hier abonnieren: https://iasaev.org/de/newsletter/

Die nachfolgende Information zum Hydrocracking stammt aus einer Verfahrensbeschreibung, die wir mit der freundlichen Genehmigung von BP Europe SE hier wiedergeben.

Wertvolles Cracken: Aus schwer mach leicht

Die Destillation zerlegt das Rohöl in seine einzelnen Bestandteile, kann aber nur eine bestimmte Produktpalette erzeugen. Durch das Cracken kann die Produktion an Benzinen und/oder Dieselkraftstoff oder leichtem Heizöl vergrößert werden. Diese leichten Produkte sind im Markt gefragt.

Foto: BP Europe SE

Die Ausbeutestrukturen, d.h. das Verhältnis der einzelnen aus einem bestimmten Rohöl erzeugten Produkte zueinander, sind durch die Destillation nur in engen Grenzen veränderbar. Man benötigt zusätzliche Anlagen, in denen die weniger erwünschten schweren Bestandteile des Rohöls in leichtere umgewandelt werden können. Hier kommen die Crackprozesse ins Spiel. Sie sind für Raffinerien wichtige Methoden, um aus dem Destillat und dem Vakuumrückstand der Rohöldestillation noch mehr hochwertige Produkte wie Benzin, Diesel und Heizöl zu produzieren.

Man unterscheidet grundsätzlich drei Verfahrensarten beim Cracken: Thermisches Cracken, katalytisches Cracken und Hydrocracken.

Durch Hitze spalten: Thermisches Cracken

Beim thermischen Cracken wird der gewünschte Effekt durch Überhitzung der eingesetzten Destillationsrückstände unter Druck erreicht. Dieser Vorgang spielt sich in den Röhren eines Spaltofens ab. Temperatur – etwa 500 Grad Celsius – und Verweilzeit im Crackofen werden so gewählt, dass ein möglichst hoher Umwandlungs- oder Crackeffekt erreicht wird.

In der BP Raffinerie Lingen erfolgt das thermische Cracken in einem Coker. Die BP Raffinerie Gelsenkirchen verfügt neben einem Coker auch über eine Schwerölvergasungsanlage sowie einen Visbreaker, eine milde Form des thermischen Spaltens. Im Visbreaker werden die Rückstände aus der Vakuumdestillation leichtflüssiger. Dieses Verfahren wird somit angewandt, um die Zähflüssigkeit schwerer Öle zu senken.

Chemische Reaktionen fördern: Katalytisches Cracken

Im Gegensatz zum thermischen Verfahren werden die aufgespaltenen Fraktionen des Rohöls beim katalytischen Cracken mit einem Katalysator erhitzt. Dies sind Stoffe, die eine chemische Reaktion fördern, ohne sich zu verändern. Es gibt zwei katalytische Crack-Verfahren: Fluid-Catalytic-Cracken (FCC) und Hydrocracken (HC).

Beim FCC wird das schwere Vakuumdestillat einer Raffinerie zu leichteren Produkten gespalten. Die Raffinerie Gelsenkirchen-Scholven verarbeitet einige Erzeugnisse des FCCs in dem Petrochemie-Komplex weiter. So wird beispielsweise FCC-C3 (Propan-Propen-Gemisch) in der Cumolanlage weiterverarbeitet.

In den FCC-Anlagen setzt sich beim Cracken außerdem Kohlenstoff in fester Form als Koks am Katalysator ab. Der Koks nimmt dem Katalysator seine Wirkung. Deshalb wird der Koks in einem nachgeschalteten Regenerator abgebrannt, so dass der Katalysator erneut verwendet werden kann.

Mit Hilfe des katalytischen Crackers wird nicht nur der Anteil von schwerem Heizöl vermindert, sondern auch gleichzeitig ein Teil des Schwefels entfernt, der im Einsatz enthalten war. Die Oktanzahl der Crackbenzine liegt bei 80 bis 85.

Power-to-Liquid

Grafik: BP Europe SE

Hydrocracker spaltet in Gegenwart von Wasserstoff

Beim Hydrocracken handelt es sich um ein katalytisches Spaltverfahren in Gegenwart von Wasserstoff bei einem Druck von 100 bis 150 Bar, das eine sehr weitgehende Umwandlung des Einsatzproduktes ermöglicht. Das Hydrocracken ist ein technisches elegantes und flexibles Konversionsverfahren.

Allerdings erfordert HC aufgrund der eingesetzten Mengen an Wasserstoff besondere Sicherheitsmaßnahmen. Denn Wasserstoff kann bei hohem Druck durch die Anlagenwände dringen. Daher sind hohe Investitionen in Stahlwände notwendig.

Doch dies lohnt sich: Das Hydrocracken hat den Vorteil, dass sich je nach Katalysator und Betriebsbedingungen die erwünschte Ausbeute in bestimmte Richtungen verschieben lässt. So kann man im Hydrocracker entweder fast überwiegend Benzin oder überwiegend Dieselkraftstoff und leichtes Heizöl bei gleichzeitig geringem Benzinanteil gewinnen.

Der Hydrocracker der BP Raffinerie in Lingen verarbeitet rund 1,5 Millionen Tonnen Gasöl pro Jahr. Die HC-Anlage der BP Raffinerie in Gelsenkirchen kommt bei einer Verarbeitungskapazität von rund 8.000 Tonnen täglich auf rund 3 Millionen Tonnen Gasöl pro Jahr. Damit leisten die beiden Anlagen einen wertvollen Beitrag dazu, dass auch aus dem Destillat und dem Vakuumrückstand der Destillation Produkte für unseren Alltag entstehen.

Quelle: BP Europe SE

Globale Erwärmung aufhalten

IASA: Nachhaltige Luftfahrt - Sustainable Aviation

DLR-Szenarien für Energie und Mobilität zeigen, wie sich globale Klimaschutzziele erreichen lassen

Montag, 21. Januar 2019

  • Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat gemeinsam mit australischen Partnern untersucht, welche Entwicklungen notwendig sind, um die Erderwärmung auf zwei Grad Celsius oder weniger zu begrenzen.
  • Zwei Szenarien beschreiben, welche Entwicklungspfade bei Technologie, Infrastruktur und Energieverbrauch bis zum Jahr 2050 geeignet sind, um das globale Ziel der Pariser Klimavereinbarung von 2015 zu erreichen.
  • Beide Szenarien gehen davon aus, dass sich Energieverbrauch und Energieversorgung grundlegend ändern, erneuerbare Energien massiv ausgebaut werden, es deutliche Effizienzsteigerungen gibt und im Wärme- und Mobilitätsbereich verstärkt Strom sowie synthetische Kraftstoffe zum Einsatz kommen.
  • Schwerpunkt(e): Energie, Verkehr, Klimawandel, Energiesystemanalyse

Im Auftrag der Leonardo DiCaprio Foundation hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam mit der Technischen Universität Sydney und der Universität Melbourne untersucht, welche Entwicklungen notwendig sind, um die Erderwärmung auf unter zwei Grad Celsius zu begrenzen. Dieses Ziel entspricht dem internationalen Übereinkommen bei der Pariser Weltklimakonferenz 2015. Kern der Studie sind zwei Szenarien, die beschreiben, welche Entwicklungspfade bei Technologie, Infrastruktur und Energieverbrauch bis zum Jahr 2050 geeignet sind, um die globale Erwärmung auf 2,0 beziehungsweise 1,5 Grad zu beschränken.

“Um dieses Ziel zu erreichen, müssen sich Energieverbrauch und Energieversorgung grundlegend ändern. Wir gehen in beiden Szenarien davon aus, dass erneuerbare Energien massiv ausgebaut werden, es deutliche Effizienzsteigerungen gibt und im Wärme- und Mobilitätsbereich verstärkt Strom sowie synthetische Kraftstoffe zum Einsatz kommen”, fasst DLR-Forscher Dr. Thomas Pregger zusammen. Die Abteilung Energiesystemanalyse des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik modellierte für die Studie die kompletten Energiesysteme für zehn Weltregionen.

Die Studie geht von heute verfügbaren Technologien aus. Entsprechend der Zielsetzung wurden Optionen mit großen Unsicherheiten in Bezug auf gesellschaftliche, wirtschaftliche oder umweltbezogene Konsequenzen, wie Kernkraft, Geo-Engineering oder das Abscheiden und Speichern von Kohlenstoffdioxid (CCS, carbon capture und storage) nicht berücksichtigt.

Energiesektor: Verbrauchssenkung, Effizienzmaßnahmen, erneuerbare Ressourcen

Was den Energiesektor betrifft, setzen beide Szenarien voraus, dass der Verbrauch in den Industrieländern – entgegen dem globalen Trend – bis 2050 um über 40 Prozent gesenkt und in den sich entwickelnden Ländern langfristig begrenzt werden kann. Neben zahlreichen technischen und strukturellen Verbesserungen erfordern beide Szenarien auch Änderungen im Verbraucherverhalten sowie bei den Investitionsstrategien. Die schnelle Umsetzung von Effizienzmaßnahmen ist vor allem aufgrund der heutigen Nutzung fossiler Energieträger ein wesentlicher Faktor: Nur so lassen sich die in der Studie angenommenen maximalen CO2-Emissionsbudgets (bezogen auf den Zeitraum 2015 bis 2050) von 590 Gigatonnen (2,0 Grad) beziehungsweise 450 Gigatonnen (1,5 Grad) einhalten.

Wind- und Solarenergie tragen in beiden Szenarien erheblich zur Energieversorgung bei. Gleiches gilt für die Nutzung von Biomasse für die Kraft-Wärme-Kopplung und Biokraftstoffe sowie für Fernwärme unter Einbeziehung von solaren, geothermischen und Umweltwärmepotenzialen. Welche erneuerbaren Energien zum Einsatz kommen, hängt von den regionalen Bedingungen und Potenzialen ab.

Investitionen für die Stromerzeugung belaufen sich im Zeitraum von 2015 bis 2050 auf insgesamt rund 50.000 Milliarden US-Dollar, circa 30.000 Milliarden US-Dollar mehr im Vergleich zu einem konventionellen Referenzszenario. Diese Summe beinhaltet höhere Kraftwerksleistungen zur Deckung des zusätzlichen Strombedarfs infolge der Elektrifizierung der Sektoren Wärme und Verkehr sowie zur Erzeugung von synthetischen Energieträgern aus Strom. Da weniger fossile Brennstoffe notwendig sind, können rund 90 Prozent der zusätzlichen Investitionen durch geringere Ausgaben für Brennstoffe ausgeglichen werden. Diese Zahlen berücksichtigen nicht den Infrastrukturbedarf für Netzausbau, Speicher und andere Flexibilisierungsmaßnahmen.

Mobilitätssektor: Elektrifizierung, Verkehrsverlagerung, alternative Kraftstoffe

“Eine schnelle Elektrifizierung ist vor allem im bodengebundenen Personen- und Güterverkehr auf der Straße notwendig, um die 1,5- und 2,0-Grad-Szenarien zu realisieren. Damit verbunden ist ein massiver Ausbau der Batterieproduktion und darüber hinaus die Schaffung von Produktions- und Distributionsanlagen für strombasierte flüssige und gasförmige Kraftstoffe. Weitere wichtige untersuchte Maßnahmen sind die Verlagerung von Straßen- und Flugverkehr auf die Schiene soweit wie möglich und eine Begrenzung des Wachstums im Passagier- und Güterverkehr in den Industrieländern”, beschreibt Johannes Pagenkopf, DLR-Wissenschaftler in der Abteilung Fahrzeugsysteme und Technologieentwicklung des DLR-Instituts für Fahrzeugkonzepte. Dort wurde für die Studie eine detaillierte Modellierung der zukünftigen Mobilität und des daraus resultierenden Energiebedarfs entwickelt.

Beide Szenarien gehen davon aus, dass im Jahr 2050 rund 60 Prozent aller Busse und schweren Lastkraftwagen batterieelektrisch und circa 20 Prozent mit Brennstoffzellen angetrieben werden. Die Motoren der restlichen Busse und Lastkraftwagen werden mit synthetischen oder biogenen Kraftstoffen betrieben. Für die weltweite PKW-Flotte nimmt die Studie an, dass im Jahr 2050 etwa neun von zehn Fahrzeugen mit Strom oder Wasserstoff unterwegs sind. Im Vergleich zum 2,0-Grad-Szenario ist im 1,5-Grad-Szenario eine noch frühere und schnellere Elektrifizierung besonders in den Industrieländern erforderlich. Langfristig werden in beiden Szenarien synthetische Kraftstoffe eine wichtige Rolle für die Klimaneutralität haben, vor allem im Luft- und Schiffsverkehr.

Optionen und Wege aufzeigen für Entscheider in Politik und Gesellschaft

Szenarien sind keine Vorhersagen, sondern Werkzeuge, die eine denkbare Zukunft beschreiben. Mit ihnen erhalten Entscheider in Politik und Gesellschaft einen umfassenden Überblick zu möglichen Entwicklungspfaden, Alternativen und deren Konsequenzen. Denn die Gestaltung der politischen und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen auf nationaler wie globaler Ebene ist eine der entscheidenden Herausforderungen, um erfolgreichen Klimaschutz zu verwirklichen.

“Bei der Entwicklung dieser beiden Szenarien hat sich deutlich abgezeichnet, dass uns jetzt kaum mehr ein zeitlicher Puffer bleibt”, stellt Dr. Sven Teske von der Technischen Universität Sydney fest, der die Studie federführend betreut hat. “Vor allem im 1,5-Grad-Szenario müssen die erneuerbaren Energien so schnell wie möglich und ohne weitere Verzögerungen ausgebaut und fossile Energieträger weitgehend ersetzt werden. Jedes Jahr ohne signifikante Emissionsreduktion auf globaler Ebene reduziert die Chance drastisch, die globale Erwärmung auf unter zwei Grad zu begrenzen”, so Teske weiter.

Quelle: DLR

Power to Liquid

Technologischer Durchbruch für die Energiewende

Dresden, 15. Januar 2019 Der Sunfire GmbH ist ein technologischer Durchbruch für die Energiewende gelungen: Die erfolgreiche Inbetriebnahme und der erfolgreiche Testbetrieb (> 500 Stunden) einer Hochtemperatur-Co-Elektrolyse seit November 2018 am Standort in Dresden. Die SUNFIRE-SYNLINK genannte Technologie ermöglicht die hocheffiziente Produktion (zukünftig ca. 80 % Wirkungsgrad im industriellen Maßstab) von Synthesegas in einem einzigen Schritt unter Einsatz von Wasser, CO2 und Ökostrom. Damit sinken die Investitions- und Betriebskosten für Power-to-X-Projekte (e-Crude, e-fuels) deutlich. Den technologischen Durchbruch erreichte Sunfire im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Kopernikus-Projekts Power-to-X (03SFK2Q0), an dem ebenfalls das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beteiligt ist. Die erfolgreich betriebene Co-Elektrolyse (10 Kilowatt DC, bis zu 4 Nm³/h Synthesegas), wird in den kommenden Wochen nach Karlsruhe ausgeliefert und dort in Kombination mit den Technologien von Climeworks (Direct Air Capture), INERATEC (Fischer-Tropsch-Synthese) und KIT (Hydrocracking) in einem Container zu einer autarken Anlage verbunden. Bis Ende August 2019 soll damit die integrierte Produktion des synthetischen Rohölersatzes e-Crude demonstriert werden; erstmalig in einem durch die Co-Elektrolyse ermöglichten 2-Stufen-Prozess in dieser Größenordnung.

KOMMERZIALISIERUNG DER CO-ELEKTROLYSE FÜR NORWEGEN-PROJEKT

Weiterhin hat Sunfire am 01.01.2019 im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekts „SynLink“ (03EIV031A) mit der Skalierung der Hochtemperatur-Co-Elektrolyse auf industriellen Maßstab begonnen – zunächst mit einer Eingangsleistung von 150 Kilowatt (DC). Dieses multiplizierbare Co-Elektrolyse-Modul soll perspektivisch im norwegischen Projekt des Partners Nordic Blue Crude zum Einsatz kommen. Hier soll eine erste kommerzielle Anlage entstehen, die jährlich 10 Millionen Liter bzw. 8.000 Tonnen des synthetischen Rohölersatzes e-Crude auf Basis von 20 Megawatt Eingangsleistung produzieren wird. Geht die Anlage im Industriepark Heroya in Betrieb, werden CO2-Emissionen in Höhe von ca. 21.000 Tonnen pro Jahr vermieden, da Abwärme aus Industrieprozessen als auch umweltfreundliche elektrische Energie aus Wasserkraft eingesetzt wird. 13.000 PKW könnten damit vollständig mit synthetischem Ökokraftstoff versorgt werden.

Hintergrund: Hochtemperatur-Co-Elektrolyse

In bisherigen Power-to-Liquids-Verfahren werden zwei getrennte Prozessschritte genutzt, um Wasserdampf in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen (Elektrolyse) und Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoffmonoxid (Reverse Wasser-Gas-Shift Reaktion) zu reduzieren. Mit der Co-Elektrolyse von Sunfire werden H2 (Wasserstoff) und CO (Kohlenstoffmonoxid) nun in einem einzigen Prozessschritt gewonnen, was die Effizienz des Gesamtverfahrens erheblich verbessert und somit auch die Investitions- (CAPEX) und Betriebskosten (OPEX) reduziert. Außerdem reduziert sich der Platzbedarf durch die einstufige SUNFIRE-SYNLINK Technologie merklich. Durch die globale Energiewende und die Verpflichtung zur Einhaltung der Pariser Klimaschutzziele haben die Sunfire-Technologien großes, weltweites Marktpotenzial. Der globale Bedarf für Elektrolyse-Technologien zur Produktion von grünem, erneuerbarem Wasserstoff wird auf mehr als 3.000 Gigawatt geschätzt. Daneben benötigen zahlreiche Sektoren wie der Langstreckenstraßentransport, der Flug- oder der Schiffsverkehr Alternativen zum fossilen Diesel und Kerosin, die hervorragend transportierbare e-Fuels über vorhandene Infrastrukturen bieten können. Neben der Herstellung von Kraftstoffen, findet Synthesegas seine Abnehmer in einer ganzen Reihe von Industrien: Etwa in der Chemieindustrie, bei der Herstellung von Kunststoffen oder im Kosmetiksektor. Bislang wird Synthesegas vorwiegend auf Basis von fossilem Erdgas für die industrielle Verwendung hergestellt – in Zukunft CO2-neutral durch die hocheffiziente Co-Elektrolyse von Sunfire.
Power to Liquid

Foto: Sufire

Neuer Technologiepartner Paul Wurth SA

Zuletzt hatte Sunfire, eines der innovativsten Energie-Unternehmen der Welt, mit dem weltweit führenden Maschinen- und Anlagenbauer für die Metallindustrie, Paul Wurth, einen neuen Lead-Investor und Technologiepartner gewonnen. Die Finanzierungsrunde unter Einbeziehung der früheren Investoren brachte dem Unternehmen zusätzlich 25 Millionen Euro Venture Capital ein. Mit dem Geld strebt Sunfire nun die Realisierung kommerzieller Multi-Megawatt- Projekte im Bereich Elektrolyse und Power-to-X an.
Quelle: Sunfire
 

Treibstoff für klimaneutrales Fliegen

nachhaltige Luftfahrt

Verbundprojekt „PowerFuel“ bereitet am KIT Markteinführung von synthetischem Kerosin aus erneuerbarem Strom und Kohlendioxid aus der Luft vor

19.12.2018

Fliegen ist energieintensiv, gleichzeitig nimmt der Luftverkehr stetig zu – mit negativen Folgen für das Weltklima. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Firma Ineratec, ein Spin-Off des KIT, erproben jetzt gemeinsam mit weiteren Partnern aus Wirtschaft und Forschung die Herstellung von synthetischen klimaneutralen Kraftstoffen für den Luft-, Schwerlast- und Schiffsverkehr.

„Wir brauchen dringend CO2-freie Mobilität“, sagt Professor Roland Dittmeyer, Leiter des Instituts für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) des KIT. In Deutschland stammt rund ein Fünftel der klimaschädlichen Emissionen aus dem Verkehr. Abhilfe schaffen könnten Elektroan- triebe – sofern sie mit CO2-freiem Strom gespeist würden. Das Problem: In der Luftfahrt oder im Seeverkehr ist Elektromobilität nur bedingt tauglich. Die Lösung: Synthetische Kraftstoffe aus dem Treibhausgas CO2 und erneuerbarem Strom. Geplant ist die Gewinnung von CO2 aus der Umgebungsluft mit einer Direct-Air-Capture-Anlage der Firma Climeworks. Die Elektrolyse-Technologie, mit der durch Strom aus Wasser der benötigte Wasserstoff erzeugt wird, stammt von Siemens.

Im Projekt PowerFuel wird am KIT in einer von Ineratec entwickelten Pilotanlage CO2 mit Wasserstoff schließlich in Synthesegas umgewandelt. „Aus letzterem wird im Reaktor flüssiger Kraftstoff erzeugt“, sagt Ineratec-Geschäftsführer Tim Böltken. Durch dieses Power-to- Liquid-Verfahren lässt sich nahezu klimaneutraler Treibstoff wirtschaftlich herstellen. Die Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen unterliegt naturbedingten Schwankungen. Durch den Einsatz der kompakten chemischen Reaktoren von Ineratec direkt vor Ort soll auf diese Schwankungen optimal reagiert werden und Strom, der bisher ungenutzt blieb in flüssigen Krafstoffen gespeichert werden. „Zudem haben unsere synthetischen Kraftstoffe im Vergleich zu konventionellem Benzin, Diesel oder Kerosin sogar bessere Verbrennungseigenschaften“, sagt Böltken. Die Qualität der synthetischen Treibstoffe sowie der Einsatz in verschiedenen Verkehrssektoren werden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Firma Aviation Fuel Projects Consulting untersucht und beurteilt. In der Pilotphase soll die Anlage 200 bis 300 Liter Kraftstoff am Tag produzieren.

nachhaltige Luftfahrt

Kompakte Anlagen, mit denen sich überall klimaneutraler Treibstoff herstellen lässt, könnten die Verkehrswende beschleunigen. (Foto: KIT, PPQ)

Parallel zum Betrieb des Anlagenverbunds führen Siemens, Bauhaus Luftfahrt und die TU Hamburg Energiesystemanalysen des gesamten Anlagenverbunds durch, welche durch Simulationen basierend auf Strommarktmodellen unterstützt werden. Zusätzlich soll analysiert werden, wie der synthetisch erzeugte Kraftstoff in Verkehr gebracht werden kann.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Details zum KIT-Zentrum Energie: http://www.energie.kit.edu

Quelle: KIT


 

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

Power to Liquid
Klimaschutz strategischer und internationaler entwickeln –Weltenergierat stellt Roadmap für grüne synthetische Kraftstoffe vor

Pressemitteilung 18.10.2018

  • Ehrgeizige Klimaziele sind ohne Power-to-X Kraftstoffe nicht denkbar – besonders im Verkehrssektor
  • Weltenergierat fordert mit Studie „Internationale Aspekte einer Power-to-X Roadmap“ den langfristigen Aufbau eines globalen PtX-Marktes ein
  • PtX ist industrie- und klimapolitisch eine große Chance für internationale Zusammenarbeit – die muss aber strategischer aus Deutschland heraus entwickelt werden

„Ambitionierte Klimaziele sind nur erreichbar, wenn erneuerbare Energien nicht allein direkt als Strom genutzt werden, sondern auch als Gas oder flüssiger Brennstoff speicherbar sind. Deshalb müssen wir uns viel systematischer mit der Entwicklung von synthetischen Kraftstoffen beschäftigen“, erklärt Carsten Rolle, Geschäftsführer des Weltenergierat-Deutschland, anlässlich der Vorstellung der Studie „Internationale Aspekte einer Power-to-X Roadmap“. „Sie werden die zweite Säule der Nutzung erneuerbarer Energien.“

Power to Liquid

Die Energiewende in Deutschland wird langfristig erhebliche Importe synthetischer Kraftstoffe aus dem Ausland erfordern, die aus erneuerbaren Energien erzeugt werden – sogenannten Power-to-X Produkten (PtX). Diese lassen sich in vielen Regionen der Welt aufgrund der besseren Standortbedingungen für erneuerbare Energien deutlich günstiger produzieren als hierzulande und anschließend exportieren. „Um internationale Zusammenarbeit anzustoßen, müssen wir aber mit diesen Ländern sprechen. Bislang sind unsere Erwartungen an die Rolle von PtX im Ausland zu wenig bekannt“, so Rolle weiter.
„Power-to-X wird nicht plötzlich da sein, seine Entwicklung braucht eine langfristige politische Strategie und eine schrittweise Skalierung.

Dazu sollen die vom Weltenergierat entwickelten Elemente einer Power-to X Roadmap beitragen“ erklärt Carsten Rolle.
Die Entwicklung eines globalen Marktes für Power-to-X aus Deutschland heraus ist eine industriepolitische Chance und klimapolitisch ein Schlüsselfaktor für ein CO2-freies Energiesystem. Der Bedarf an synthetischen Kraftstoffen kann langfristig sehr groß werden. Die hierfür benötigten Kapazitäten für Wasserstoffelektrolyseanlagen etwa können bis zu 3.000 bzw. 6.000 GW weltweit betragen. Bisher sind Elektrolyseanlagen mit einer Kapazität von lediglich rund 20 GW installiert.

Vielversprechende Partnerländer hat der Weltenergierat auf allen Kontinenten identifiziert. „Vorreiter wie Norwegen haben die technologische Umsetzung frühzeitig vollzogen und bereits erste Handelsbeziehungen aufgebaut“, nennt Rolle als Beispiel. „Mittelfristig stehen sogenannte ́Hidden Champions` wie Chile bereit, die über passende wirtschaftliche und regulatorische Rahmenbedingungen verfügen, um PtX-Projekte schnell zu entwickeln. Auch Länder wie Australien, Marokko und Saudi-Arabien verfügen über ausreichend Ressourcen, um zur Diversifizierung des Marktes beitragen.”

Voraussetzung für einen internationalen PtX-Markt ist die Weiterentwicklung der Technologie und eine schrittweise Skalierung, wodurch sich eine erhebliche Kostenreduktion realisieren ließe. Dies schließt auchgrößere Demonstrationsvorhaben und Erprobungen in Reallaboren und Modellregionen mit ein. Darüber hinaus ist die Schaffung von gleichen Wettbewerbsbedingungen für synthetische Kraftstoffe gegenüber konventionellen Brennstoffen aus Öl und Gas erforderlich.

Carsten Rolle weist auf den besonderen Wert der Zusammenarbeit hin: „Ohne eine stärkere internationale Kooperation wird eine Skalierung von PtX Technologien nicht gelingen. Umso wichtiger ist es daher, solche politischen Dialoge mit Partnerländern strategisch zu planen.“

PtX-Produkte sind eine CO2-freie Alternative zu den derzeitigen Energiequellen wie Öl und Gas und können in verschiedenen Sektoren wie Verkehr, Wärme, Industrie und der Stromerzeugung eingesetzt werden. Besonders beim Schwerlasttransport über lange Strecken, bei der Schifffahrt und bei der Luftfahrt gibt es bislang kaum CO2-freie Alternativen. PtX-Produkte spielen hier ihre Vorteile bei der Transportierbarkeit und der Energiedichte gegenüber Batterielösungen aus.

Die Studie, die Frontier Economics im Auftrag des Weltenergierat-Deutschland erstellt hat, ist online abrufbar unter: www.weltenergierat.de

Quelle: Weltenergierat – Deutschland e.V.

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