INNOVATIONEN IN POWER-TO-X
Prof. Dr. Markus FriedlIET Institut für EnergietechnikRapperswil, 22. Mai 2019
Innovationstreiber CO2
IET @ HSR
Prof. Dr. Markus Friedl
Prof. Dr. Benno Bucher
Prof. Dr. Henrik Nordborg
Prof. Dr. Jasmin Smajic
Prof. Carsten Wemhöner
22. Mai 20192
Studium Erneuerbare Energien und Umwelttechnik
CO2-Konzentration
22. Mai 20193
Quelle: Mauna Loa Observatory Hawaii, www.esrl.noaa.gov
Kohlenstoffflüsse durch die Schweiz
22. Mai 2019
ATMOSPHÄRE
PROZESSE
SPEICHER
RESSOURCEN
VerbrennungBrennstoffe
VerbrennungTreibstoffe
Industrielle Prozesse
Kehrricht-verbrennung
Energie-speicher
Güter undBauten
Zement-produktion Lebewesen Biogasanlagen
Kläranlagen
fossile Ressourcen
geogeneRessourcen(inländisch)
BiogeneRessourcen
(ausländisch)
ExportBiogene
Ressourcen(inländisch)
4
Quelle: Meier, B., Ruoss, F. und Friedl, M., «CO2 als Rohstoff für eine nachhaltige Mobilität», Umweltperspektiven Nummer 16, Artikel 623, Oktober 2015, Seiten 14-16
Energie Endverbrauch im Jahr 2017
22. Mai 20195
849 PJ210 PJ
Energie:Elektrische Energie:
= 236'053 GWh= 58'483 GWh
Quelle: BFE, Gesamtenergiestatistik 2017 , Elektrizitätsstatistik 2017, VSG Jahresstatistik Ausgabe 2017
H H H... – C – C – C – ...
H H H
HH – C – H
H
Elektrische Energie: Nettoerzeugung und Endverbrauch in der Schweiz 2017
22. Mai 20196
Quelle: BFE, Gesamtenergiestatistik 2017 , Elektrizitätsstatistik 2017, VSG Jahresstatistik Ausgabe 2017
Herausforderungen:
Dekarbonisierung = Ersetzen der Kohlenwasserstoffe durch andere Energieträger (nicht auf null)
Defossilisierung = Ersetzen der fossilen Quellen an Kohlenwasserstoffen durch biologische und Power-to-X
Zahlreiche Studien zeigen:Eine nachhaltige Energieversorgung der Schweiz ist möglich und finanzierbar ... ... unter Einhaltung der aktuellen Klimaziele ... vollständig ohne fossile Quellen.
Die Technologien dazu existieren. Braucht es noch Innovation?
22. Mai 20198
H H H... – C – C – C – ...
H H H
Herausforderungen:
Innovation Umgangssprachlich:
Neue Ideen und Erfindungen und ihre wirtschaftliche Umsetzung.1)
Genauer:Ideen, die in neue Produkte, Dienstleistungen oder Verfahren umgesetzt werden, die tatsächlich erfolgreiche Anwendung finden und den Markt durchdringen.1)
Neue Technologien sind erst Innovationen, wenn Sie einen hohen TRL erreicht haben.
TRL = Technologiereifegrad
1) Wikipedia Stichwort "Innovation", Zugriff 22. Mai 2019
Innovationen realisieren heisst
TRL nach oben bringen
Systeme entwickeln
Umsetzen
Umsetzungspartner finden
Pilot- und Demonstrations-projekte
Information (Dissemination)
Rahmenbedingungen
22. Mai 20199
Bildquelle: Wikipedia Stichwort "Technology Readyness Level", Zugriff 22. Mai 2019
22. Mai 201910
Elektro-lyse
StromPower
H2O
O2
Methani-sierungSpeicher Gasnetz
H2
H2Nutzung
CH4
Wärme
H2
Saisonale Speicher
CH4
Strom-netz
Power-to-Methane
Power-to-Hydrogen
CO2
Verbren-nungs-prozess
Biogas-anlage ARA
Atmos-phäre
CO2-Quelle
H2O Wärme
H2 max.2%
Power-to-Gas
TransportMobilität
O2
CH4Tank-stelle
H2O CO2
CH4
Power-to-X
22. Mai 201912
HSR Power-to-X Demonstration Plant
Water
Air
H2
CO2
Methane
Methanol DME Propylene
Ethylene
PP
PE
= Feedstock
= Intermediates
= Products
1
2
3
45
6
7
8
9
Diesel Engine
10
= Application
1 Alkaline electrolysis, SOEC
2 Climeworks CO2 adsorber
3 Catalytic methanation reactor (10 bar, 250 °C)
4 Catalytic methanol reactor (50 bar, 250 °C)
5 Catalytic DME reactor (0 bar, 300 °C), ongoing
6 Catalytic ethylene reactor (0 bar, 400 °C) ongoing
7 Same reactor as 6
8 Autoclave polymerisation (30 bar, 100 °C) ongoing
9 Polymerisation, hard to achieve
10 Retrofit of Diesel engine for DME, ongoing
Anlagen in der Schweiz
22. Mai 201913
Projekt Ort Elektrolyseur H2 CH4 StatusHybridwerk Solothurn 350 kWel X bald H2 seit 2016, CH4 Inbetriebnahme
IBAarau, Coop, H2 Energy
Aarau und Hunzenschwil
175 kWel X H2 für die erste Schweizerische Wasserstofftankstelle
Move EMPA Dübendorf 175 kWel X In Betrieb
ESI Plattform PSI, Villigen 100 kWel X X In Betrieb
HEPP Rapperswil 15 kWel X Inbetriebnahme
Grid2Mobility Martigny 50 kWel X In Betrieb
SSDS Sion 3.6 kWel X X In Betrieb
Limeco Dietikon 2 MWel X Baubeginn: 2019, Produktion: 2020
Energiedienst Laufenburg 𝑛𝑛 Mwel Audi E-Diesel Produktionsstart: 2019
PtG BW Grenzach-Wyhlen
1.3 Mwel X Einweihung November 2018
High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)
22. Mai 2019
ConventionalElectrolyser Methanation
CO2
CH4H2
HeatHeat
O2
Electricity
Water
14
High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)
22. Mai 2019
High TemperatureElectrolyser
MethanationSteam-generator
Heat-Management
CO2
H2
Electricity
SteamCH4
O2
Water
15
High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)
22. Mai 201916
High efficiency: SOEC & methanation
New technologies to improve system Membrane technology Gas composition
measurement Two new methanation
technologies
High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)
22. Mai 201917
High efficiency: SOEC & methanation
New technologies to improve system Membrane technology Gas composition
measurement Two new methanation
technologiesDemonstration PV CO2 capture Fuelling station Car Closed carbon cycle
High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)
22. Mai 201918
High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)
22. Mai 201919
High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)
22. Mai 201920
Einweihung 4. Oktober 2019
22. Mai 201921
High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)
22. Mai 201922
Zusammenfassung
Energiestrategie 2050 massiver Ausbau erneuerbare Stromproduktion, insbesondere PV.
Die Schweiz wird im Sommer zu viel Elektrizität haben.
Je weniger CO2 Emissionen im Inland und je weniger Import wir anstreben, desto mehr Power-to-X brauchen wir.
Mobilität und Transport erneuerbar mit grossen Distanzen und kurze Betankungszeiten: Methan und Wasserstoff.
Die HSR arbeitet intensiv an der Energiezukunft.
Wer will mitmachen? Studieren Sie Erneuerbare Energien und Umwelttechnik an der HSR.
22. Mai 201923