Power-to -X weChemischeEnergiespeicher · 2016. 6. 20. · 6.Treffend erS eniorexpertenC...
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6.Treffen�der�Seniorexperten�Chemie�– Münster,�19.05.2016Dr.�Steffen�Schirrmeister
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies
Power-to-XweChemische�Energiespeicher
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies2 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• Motivation
• Wasserstoff
• Synthesegas
• Eigene�Projekte
• Herausforderungen
• Zusammenfassung
H2BZ�Initiative�Hessen
Power-to-XChemische�Energiespeicher
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies3 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- MotivationEinführung�regenerativer�Energie�im�Stromsektor
fluktuierend
0% 20% 40% 60%
2008
2020
2030
Jahr
Anteil�EE�an�der�Elektrizitätserzeugung
Hydro Bio Wind Solar Geothermie
Windleistun
g�/�GW
Stunden
Steigender�Anteil�erneuerbarer�Energien�führt�z.�B.�zu:1. Tageszeitlichen�Schwankungen
2. Saisonalen�Schwankungen
Hoher�SpeicherbedarfMonat
Windleistun
g
1 12
1
2
0
5
10
15
20
25
0 100 200 300 400 500 600
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies4 |��19.05.2015�|��Power-to-X�Chemische�Energiespeicher|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- MotivationEinführung�regenerativer�Energie�im�Stromsektor
6
1�– Grundlast
2�– Regelenergie - heute�
3�– Netzausbau - heute
4�– Überstromkapazität�������������� - heute
5�– Energiespeicherung�
zur�Rückverstromung���� ~2035
6�– Energiespeicherung�und�-transfer� - heute
Source�EON
8760�h/aVerfügbarkeit
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies5 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
thermisch
latenteWärmespeicher
sensibleWärmespeicher
mechanisch
Pumpspeicher
Schwungrad
Druckluft-speicher
elektrochemisch
internerSpeicher
externerSpeicher
Li-Ionen
BleiChemische�Speicher
NiCd Flow-Speicher
supraleitendeSpule
Kondensatoren
elektrisch
Power-to-X�- MotivationPower-to-X�- Energiespeicher
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies6 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- MotivationPower-to-X�- Energiespeicher
Energie /�MWh
Leistung
/�MW
0,001 0,01 0,1 1 10 100 103 104
0,001
0,1
10
103
1�sec 1�min 1�h
1�d
1�m
Typische�Entladezeit
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies7 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- MotivationNutzung�und�Speicherung�regenerativ�erzeugten�Wasserstoffs
H2-Mobilität
SNG
Methanol�
• Mobilität�
• Chemie
Raffinerie
Chemie
Ammoniak
Metallurgie
Elektrische�Energie
Speicher-technologien
Transfer-technologien
CCU Green�
Transport
5
StrombasierterWasserstoff�
MOFMeH
LOHCTanklager
ErdgasnetzKavernenspeicher
Wasserstoff���•SNG��•
Ulrich�Eberle,�Michael�Felderhoff und�Ferdi�Schüth:�Chemische�und�physikalische�Lösungen�für�die�Speicherung�von�Wasserstoff,�Angew.�Chem.�2009,�121,�6732�– 6757
6
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies8 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Georg�Markowz:��Power-to-Hydrogen:�Technologien�zur�Erzeugung�von�Wasserstoff�mit�flexiblem�StromeinsatzVCI/DECHEMA-Workshop�Strombasierter�Wasserstoff,�Frankfurt,�14.�Dezember�2015
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies9 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• Motivation
• Wasserstoff
• Synthesegas
• Eigene�Projekte
• Herausforderungen
• Zusammenfassung
H2BZ�Initiative�Hessen
Power-to-XChemische�Energiespeicher
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies10 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• 680.000�Mio.�Nm³�weltweite�Wasserstoffproduktion
• ~�95%�Direktverbrauch
Power-to-X�- WasserstoffHerstellung�und�Verwendung�von�Wasserstoff�- Produktionsmengen
Quelle:�IHS�Chemical�Economics�Handbook�– Hydrogen;�2015�
Wasserstoffherstellung Wasserstoffverbrauch
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies11 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- WasserstoffHerstellung�und�Verwendung�von�Wasserstoff
Quelle:�IHS�Chemical�Economics�Handbook�– Hydrogen;�2015�
Bruttostromerzeugung�in�Deutschland�2014,�%
614�Mrd.�kWh 160�Mrd.�kWh
Quelle:�Statistisches�Jahrbuch�2015�
Mio.�m³Mrd.�kWh�
@�4,5�KWh/Nm³GW�
@�4000�hGW�
@�8000�h
32.577 147 37 18
3.449 16 4 2
4.425 20 5 2
25.556 115 29 14
1.204 5 1 1
680 3 1 1
67.891 306 76 38
Energie-bedarf
LeistungElektrolyse
Europa
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies12 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- WasserstoffHerstellung�von�Harnstoff�über�Ammoniak
Harnstoffsynthese�auf�Basis�von�Ammoniak�und�CO2 ist�hochgradig�integriert�und�optimiert
H2 +�CO�+�CO2 +�H2O
N2 +�H2 +�CO2
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies13 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- WasserstoffMethanol�Herstellung
H2 +��CO2
Methanolsynthese�auf�Basis�von�Synthesegas�ist�hochgradig�integriert�und�optimiert
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies14 |��19.05.2015�|��Power-to-X�Chemische�Energiespeicher|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Typische�Anlagengrößen
<�����100.000�t/a�Kohle,�Off-Gas,�Naphtha��(���100�MWth)�
<��1.000.000�t/a�Kohle,�Off-Gas,�Naphtha��(1.200�MWth)
>����500.000�t/a�Erdgas
>�1.000.000�t/a�Erdgas�- Megamethanol�von�Air�Liquide
>�3.000.000�t/a�Erdgas�- Gigamethanol�von�Air�Liquide
<���65.000�t/a�auf�Basis�Elektrolysewasserstoff�(100�MWel Auslegung)
Power-to-X�- WasserstoffMethanol�Herstellung
Martin�Bertau�et�al�Methanol:�The�Basic�Chemical�and�Energy�Feedstock�of�the�Future:�Asinger's�Vision;�Eigene�Recherchen
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies15 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• Motivation
• Wasserstoff
• Synthesegas
• Eigene�Projekte
• Herausforderungen
• Zusammenfassung
H2BZ�Initiative�Hessen
Power-to-XChemische�Energiespeicher
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies16 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– WasserstoffSynthesegaschemie
Kohle,�Petrolkoks,�Biomasse Schweröl ErdgasNaphtha
ReformierungVergasung
SynthesegasSNGDirektoxidation�
von�Eisen
Strom Wasserstoff Methanol FTKraftstoffe
EthanolAmmoniak
Benzin
Diesel
Naphtha
Formaldehyd
Wachs
Methylacetat
DME
Essigsäure
Olefine
Kraftstoffe
Kraftstoffe
Ethylen
Harnstoff
Ammonnitrat
Düngemittel
Chemikalien
Salpetersäure
Hydrotreater
Kraftstoff
Brennstoff-zelle
Chemikalien
H2 +�CO�+CO2 +�H2O
Eventuell�H2
zusätzlich
Elektronik
Metallurgie
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies17 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– WasserstoffMethanisierung
CO��+���3�H2 � CH4 +��H2O������������ ∆rH298K =�−206.2�kJ/mol
CO2 +���4�H2 � CH4 +��2�H2O���������∆rH298K =�−165.0�kJ/mol
CO2 als�KohlenstoffquelleSabatier�Reaktion,�Paul�Sabatier�1902
SNG�als�Gas�von�festen�und�flüssigen�Brennstoffen
Speicherung�elektrischer�Energie�in�chemischer�Form
Stoffliche�Nutzung�von�CO2
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies18 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– SynthesegasCO2 Quellen
• Anthropogenic�CO2 – emissions�~�30�bn t/a�(30*109 t/a)
• 1.�Energie
− Electrizität
− Wärme
• 2.�Transportsektor
• 3.�Prozesstechnologie (prozessbedingtes CO2�und�energiebasiertes CO2)
− Eisenproduktion
− Zement- und�Klinkerproduction
• 4.�Chemie (prozessbedingtes CO2�und�energiebasiertes CO2)
− Wasserstoffproduction aus Erdgas
− Nebenprodukt chemischer Prozesse (z.B Ethylenoxid)
• 5.�Biotechnologie
− Bioethanolproduktion
− Biogasproduktion
CO2 Emission�percentage�by�production�sector�in�the�world,�source�of�data�IEA.
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies19 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– SynthesegasIndustrieller�Verbrauch�von�CO2 – gasförmig
1.Chemische�Verwendung*:
a) Herstellung�von�Harnstoff������������������������– 180�Mio.�t/a��(132�Mio.�t/a�CO2)
b) Herstellung�von�Methanol�������������������������– 60�Mio.�t/a�(ca.�4�Mio.�t/a�CO2)
c) Herstellung�von�organischen�Karbonaten�– 0,08�Mio.�t/a�(0,04�Mio.�t/a�CO2)
d) Herstellung�von�Acetylsalicylsäure������������– 0,07�Mio.�t/a�(0,03�Mio.l t/a�CO2)
e) Herstellung�von�SNG�(Sabatier�Process)����– Chemische�Energiespeicher�derzeit�als�FuE�Projekte���
->�Problem�für�die�chemischen�Anwendungen�– Hohe�Aktivierungsenergie�erforderlich**
2.Physikalische�Verwendung:�Enhanced�Oil�recovery�– 65�Mio.�t/a
*���TK�IS�Information�and�Study�of�RWTH�and�FZ�Jülich�for�BMWi,�March�2010**��Karsten�Müller,�Liudmila�Mokrushina�and�Wolfgang�Arlt:�Thermodynamic�Constraints�for�the�Utilization�of�CO2 CIT,�Volume�86,�Issue�4,�pages�497–503,�April,�2014
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies20 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– SynthesegasVerfügbarkeit�von�CO2 Quellen
Mögliche�CO2�Quellen�(weltweit)
• Kraftwerk��������������0.7�– 0.8�t�CO2/MWh 12�Mrd.�t/a
• Stahlwerk������� 1.2�– 1.5�t�CO2/t�Stahl 2�Mrd.�t/a
• Zementwerk��� 0.6�– 1.0�t�CO2/t�Zement 2�Mrd.�t/a
• Chemieanlage 3�Mrd.�t/a
• Bioethanolanlagen��1.0�t�CO2/t�Ethanol 60�Mio.�t/a
• Biogasanlagen�(DE)�ca.�7500�Anlagen,�ca.�60%�CH4�
• Grubengas�(DE)
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies21 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– SynthesegasQualität�von�CO2 Quellen
Anlagentyp Typische�CO2-Konzentration�im�Abgas
Zementwerk 15-25�%
Eisen- und�Stahlwerk 15-20�%
Ammoniak-Produktion�(Abgas) 8�%
Ammoniak-Produktion�(reines�CO2) 100�%
Raffinerie 3-18�%
H2-Produktion�(Abgas) 8�%
H2-Produktion�(reines�CO2) 100�%
Petrochemische�Anlage 8-13�%
Kraftwerk�(Rauchgas) 3-15�%
Biogas-Anlage�(Schwachgas) 97�%
Ethanolanlage�(Fermenter) 7-8%�(O2+N2)
Ethanolanlage�(Vent.�Gas;�20%) 85%�(Wasser+Ethanol)
Quelle:�Wuppertal-Institut�+�eigene�Angaben
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies22 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
H2 +�CO2
Power-to-X�– SynthesegasWege�der�Synthesegastechnologie
H2 +�CO
„Synthesegas“
WGS�undH2O�Entf.
+�N2
H2
3�H2 +�CO
+�CO2
2�H2 +�CO
+�CO2
2�H2 +�CO
+�CO2
3�H2 +�N2
+�CO2
Sauergas-wäsche
Sauergas-wäsche
3 H2 + CO
3 H2 + N2
2 H2 + CO
2 H2 + CO
Methanol-Synthese
Fischer-TropschSynthese
Ammoniak-Synthese
Methanisierung
NH3
Ammoniak�zurWeiterverarbeitung
SNG
CH3OH
CH4 +�H2O
CH3OH
CH3OH
CH3OHKondensation
MTG�Reaktion
C2H4 und�C3H6
CH3-O-CH3
CH3-(CH2)n-CH3�+�n�H2O
CH3-(CH2)n-CH3�+�nH2O
Kraftstoffe�und�Wachse
Kraftstoffe
DME
Ethylen�und�Propylen
WGS�undH2O�Entf.
WGS�undH2O�Entf.
Sauergas-wäsche
Sauergas-wäsche
CO
MTOReaktion
Harnstoff
H2NCONH2
4�H2 +�CO2
3�H2 +�CO2
n�H2 +�CO2
?
?** Simon Schulte-Beerbühl: Herstellung von Ammoniak unter Berücksichtigung fluktuierender Elektrizitätspreise, 2014
+�CO2
H2 +�CO�
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies23 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• Motivation
• Wasserstoff
• Synthesegas
• Eigene�Projekte
• Herausforderungen
• Zusammenfassung
H2BZ�Initiative�Hessen
Power-to-XChemische�Energiespeicher
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies24 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– Eigene�ArbeitenFokus thyssenkrupp Industrial�Solutions
VerbraucherProduktion
O2
H2
+�N2 Ammoniak
+�CO2Methanol
ErneuerbareEnergien
KonventionelleEnergien
Stromnetz
Chemie
GuD-Turbine
Mobilität
Gasnetz
Wasserelektrolyse
Elektrochemische�Energiespeicher�(RFB)
+�CO2Methan
Anw
endu
ngen
©�KSLight – fotolia.com
©�Nivellen77–fotolia.com
©�andrea lehmkuhl –fotolia.com
©�yang�yu�– fotolia.com
©�mr.nico – fotolia.com
©�visdia – fotolia.com
©�TK�Uhde
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies25 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– Eigene�ArbeitenIntegration�in�ein�Kraftwerk– MT�Ole�Buchholz
O.S.�Buchholz, A.G.J.�van�der�Ham, R.�Veneman, D.W.F.�Brilman, S.R.A.�Kersten:�Power-to-Gas:�Storing Surplus�Electrical Energy.�A�Design�Study,�Energy�Procedia,�Volume�63,�2014,�Pages�7993–8009
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies26 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– Eigene�ArbeitenSNG�for�Power�Plant�Integration�– Ergebnisse
• Unter�aktuellen�Rahmenbedingungen�(Preise),�kein�wirtschaftliches�Szenario�in�Deutschland
• Einbeziehung�weiterer�Faktoren�in�die�Wirtschaftlichkeitsbetrachtung:�
• CO2 Anrechnung
• Anrechnungen�der�Leistungen�im�Regelenergiemarkt
• Einrechnung�ersparter�Wartungskosten
• Heute�gibt�es�noch�keinen�Markt�für�Stromspeichertechnologien�
Stromerzeugung im
BKW
CO2
Bedarf
Wasserelektrolyse
und Methanisierung
Braunkohle,
183,1 MW
Strom
Wasser
Wärme
SNG
50,3 MW
43,7 % 63,2 %
27,48 %
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies27 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– Eigene�ArbeitenIntegration�in�ein Kraftwerk – MT�Bastian�Brand
flue gas scrubber
methanolsynthesis
220 - 250°C, 50 - 90 bar
CO2
H2
CH3OH max. 20 kt/a
electricity
10% block power
cold
water
power plant2 x 800 MW
steam
electrolysis
80 MW
flue gas
O2
O2
ligniteair
hot
water
H2O+�additive
H2O
www.storeandgo.info 28
Horizon 2020 project STORE&GO (I): Key data
Demo sites
Academia
industry +energy suppliers
Scope of the project
− Erection and operation of 3 Power-to-Gas demonstration plants
− Testing of 3 innovative methanation technologies
− Integration in existing energy infrastructure
Project specifications
− 27 partners from 6 countries
− Overall budget 28 M€
− EU contribution 18 M€, SERI (CH) contribution 6 M€
− 4 years duration, from 03/2016
− Coordinated by DVGW
− www.storeandgo.info
www.storeandgo.info 29
Horizon 2020 project STORE&GO (II): Aims
• Achieve operation ≥ 24 months (4.000 h)
• Increase the flexibility in operation of methanation technologies
• Permanently reach gas output with gas grid quality (≥ 90 vol. % methane)
• Reach an overall energy efficiency ≥ 75 %
• Decrease capital costs for industrial scale methanation plants by at least 15 %
• Evaluate and analyse the role of PtG as a flexibility and storage tool
• Derive business models and create policy recommendations
www.storeandgo.info 30
Horizon 2020 project STORE&GO (III): site characteristicsDemonstration site
Falkenhagen/GermanyDemonstration site
Solothurn/SwitzerlandDemonstration site Troia/Italy
Representative region with respect to typical generation of
RES
Rural area in the North East of Germany with high wind power
production and low overall electricity consumption
Municipal area in the Alps region with considerable RES from PV
and hydro production
Rural are in the Mediterranean area with high PV capacities,
considerable wind power production, low overall electricity
consumption
Connection to the electricity grid
Transmission grid Municipal distribution grid Regional distribution grid
Connection to the gas grid Long distance transport grid Municipal distribution grid Regional distribution grid
Plant size (in relation to the el. power input)
1 MW 700 kW 200 kW
Methanation technology to be demonstrated
Isothermal catalytic honeycomb/structured wall
reactorsBiological methanation
Modular milli-structured catalytic methanation reactors
CO2 source Biogas or bioethanol plant Waste water treatment plant CO2 from atmosphere
Heat integration possibilities Veneer mill District heating CO2 enrichment, H2 storage
Existing facilities and infrastructure
2 MW alkaline electrolyser, hydrogen injection plant
350 kW PEM electrolyser, hydrogen injection plant, district
heating, CHP plant
1 MW PEM electrolyser, innovative metal hydride
hydrogen storage
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies31 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– Weitere�ArbeitenPilotprojekte
http://www.powertogas.info/
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies32 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�– Weitere�ArbeitenPilotprojekt�Lünen
Modellanlage�in�Lünen:�Aus�Rauchgas�wird�Methanol�gewonnen,�Ingenieur.de,�29.01.2015
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies33 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• Motivation
• Wasserstoff
• Synthesegas
• Eigene�Projekte
• Herausforderungen
• Zusammenfassung
H2BZ�Initiative�Hessen
Power-to-XChemische�Energiespeicher
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies34 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- HerausforderungenWasserstoffnetze�in�Deutschland
www.chemcoast.de
www.hypos-eastgermany.de
www.brennstoffzelle-nrw.de
Chemcoast-Studie
Methion
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies35 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• Industrielle�Quelle
• Effiziente�Aufreinigung
• Kompression
CO2 Versorgung
• Wärmeintegration
• Wärme�und�Energieintegration
• Externe�Prozessintegration
• Gesamtwirkungsgrad
Energieintegration
• Auswahl�des�Katalysators
• Reaktordesign
• Reaktionsbedingungen�- p,��T,��x,�τ
Reaction�engineering
• Smart�process�design
• H2 Ausgleichsspeicherung
• Vermeiden�von�process�loops
• Container�oder�Skid Mounted
Prozessentwicklung
StrombasierterWasserstoff
Power-to-X�- HerausforderungenRandbedingungen
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies36 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
CO2 +���3H2 � CH3OH�+�H2O���∆H�=�- 49,5,0�kJ/mol
Mit�100�MW�elektrischer�Anschlussleistung:
Wasserstoff:�16,667�Nm³/h�oder�1,488�kg/h
CO2 :���������� 5,512�Nm³/h��or�11,000�Kg/h
Design�der�Anlage:�64.000�t/a
CO2 +���4�H2 � CH4 +��2�H2O���∆H�=�- 165,0�kJ/mol
Mit�100�MW�elektrischer�Anschlussleistung:
Wasserstoff:�16,667�Nm³/h�oder�1,488�kg/h
CO2 :�������������4,134�Nm³/h��or� 8,185�Kg/h
Design�der�Anlage:��24.000�t/a
MethanolMethanisierung
Smartes�AnlagendesignProcess�design�by scale�down
Power-to-X�- HerausforderungenAnlagendesign
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies37 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- HerausforderungenFaktoren�für�Wirtschaftlichkeit
• EEG�Umlagen
• Netzentgelte
• Versteuerung�der�Produkte
• Regelenergie�und�Netzstabilität
• Anerkennung�als�Biokraftstoff
• Verfügbarkeit�der�Energie�und�Rohstoffe��->�Standortwahl
• Prozessintegration
• Strandortintegration
• Systemübergreifende�Integration�
Regulatorischer�RahmenProzesstechnik
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies38 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Power-to-X�- HerausforderungenParadigmenwechsel�in�der�Chemie�(?)
1. Die�chemische�Industrie�ist�auf�eine�stabile�und�kontinuierliche�Grundversorgung�mit�Energie ausgerichtet
2. Die�chemische�Industrie�ist�auf�eine�stabile�und�kontinuierliche�Grundversorgung�mit�Rohstoffen ausgerichtet
3. Viele�technische�chemische�Prozesse�sind�auf�eine�kontinuierliche�und�konstante�Fahrweise�ausgerichtet,�um�eine�stabile�und�hohe�Qualität zu�gewährleisten�– auch�Batchprozesse�
Kann�sich�die�chemische�Industrie�zukünftig�auf�fluktuierende�Rohstoffe�und�Energie�einstellen?
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies39 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• Motivation
• Wasserstoff
• Synthesegas
• Eigene�Projekte
• Herausforderungen
• Zusammenfassung
H2BZ�Initiative�Hessen
Power-to-XChemische�Energiespeicher
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies40 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
• Vorreiterrolle�von�Deutschland�im�Bereich�regenerativer�Energie�(vor�allem�Strom)�mit�entsprechender�Gesetzgebung�(EEG,�EnWG)
• Nationale�industrieübergreifende�Verwendung�von�regenerativem�Strom�sollte�zunächst�mit�nationalen�Verrechnungsmodellen�regulativ�verknüpft�werden�
• Übergang�in�den�Exportbereich�mit�regenerativ�erzeugten�Produkten,�z.B.�der�Chemie,�erst�bei�internationalem�Ausbau�regenerativer�Energie�und�angeglichenen�Marktbedingungen
• Einbindung�von�regenerativ�erzeugtem�Wasserstoff�in�die�Wasserstoffnetze�der�chemischen�Industrie�und�Raffinerie�direkt�möglich
• Wirtschaftlichkeit�des�Wasserstoffeinsatzes�hängt�ab�von�Gestehungskosten,�Einsatzbereich�und�Rahmenbedingungen:
− Technologieoptimierung
− Schaffung�rechtlicher�Rahmenbedingungen
− Gesellschaftliche�Einbindung
Die�chemische�Industrie�ist�(noch?)�kein�Stromspeicher�der�Energiewirtschaft,�kann�aber�mit�ihren�Technologien�zum�Gelingen�der�Energiewende�beitragen
Power-to-X�Zusammenfassung
Vielen�Dankfür�
Ihre�Aufmerksamkeit
thyssenkrupp�Industrial�Solutions�- Process�Technologies42 |��14.12.2015�|��Hydrogen�to�Chemical��|��Dr.�Steffen�Schirrmeister
Hydrogen�to�ChemicalsVerwendung�von�Wasserstoff�in�der�Chemie�– spezifische�Kostenübersicht
Energieträger spezifischer Preis [€/MWh]
heute 2013-2014
Elektrizität 35 40
Natural gas 18 35
Benzin (Super 95) 55 83
Diesel 47 76
Methanol 47 70
Bioethanol 56 89
Formaldehyde 83 165
Essigsäure 125 250
Ethylen 72 111
Propylen 65 110
Ammoniak 71 124
8000 h 4000 h
Regeneratives Methanol 124 190
Entwicklungs-bedarf!