Power to Gas. Erdgas aus Wind und Sonne

Transkript

1 Power to Gas Erdgas aus Wind und Sonne Prof. Dr. Kurt Grillenberger nta Hochschule Isny

2 Problem der Erneuerbaren Energie Wind weht nicht immer und überall Sonne scheint nicht immer und überall Energie muss gespeichert und transportiert werden können

3 Partielle Sonnenfinsternis am Insgesamt in Deutschland installierte Photovoltaik-Leistung: MW

4 Partielle Sonnenfinsternis am Insgesamt in Deutschland installierte Photovoltaik-Leistung: MW

5 Partielle Sonnenfinsternis am Am Höhepunkt der Sonnenfinsternis (10:39 Uhr) Rückgang um bis zu MW

6 Stromspeicher-Technologien mechanisch Pumpspeicherkraftwerk, Druckluftspeicherkraftwerk elektrisch Kondensatoren thermisch (Fern)Wärmespeicher chemisch Batterien, Akkumulatoren, Wasserstoff, Methan

7 Wie kommt die Power ins Gas? 1. Elektrolyse von Wasser 2. Methanisierung des Wasserstoff Quelle: Thomas Brauer, e-on Hanse AG

8 Die Natur macht s vor 1. Spalten von Wasser 2. Reaktion von Wasserstoff mit Kohlendioxid Quelle: Quelle: Thomas Michael Brauer, Sternere-on 2009Hanse AG

9 Die Natur macht s vor H 2 O 24 H + 6 O H + 6 CO 2 C 6 H 12 O H 2 O Quelle: Quelle: Thomas Michael Brauer, Sternere-on 2009Hanse AG

10 Konzept Power to Gas Quelle: Michael Sterner 2009

11 Wasserelektrolyse 3 Verfahren: AEL > alkalische Elektrolyse PEM > proton exchange membrane HTEL > Hochtemperatur-Elektrolyse

12 AEL > alkalische Elektrolyse Elektrolyse von 20-40% Kaliumhydroxid-Lösung seit Mitte des 20.Jh. in kommerziellen Großanlagen zur Wasserstoffgewinnung genutzt Quelle: Fraunhofer IFAM Dresden

13 PEM > proton exchange membrane Elektrolyse von destilliertem Wasser bisher nur im kleinen Leistungsbereich eingesetzt Quelle:

14 HTEL > Hochtemperaturelektrolyse Elektrolyse von Wasserdampf bei 800 C und 20 bar Wirkungsgrad der Elektrolyse ca. 90 % Quelle:

15 Methanisierung Reaktion von Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan CO H 2 CH H 2 O 2 Teilprozesse: CO 2 + H 2 CO + H 2 O CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O synthetisch mit Katalysatoren bei C

16 Mikrobiologische Methanisierung Im Bioreaktor mit Urzeitbakterien Archäa mesophil bei C thermophil bei C Quelle: Krajete GmbH

17 Verwendung von Synthesegas Wärmegewinnung Rückumwandlung in Strom Mobilität (Antrieb von Gasfahrzeugen) Umwandlung in Flüssigkraftstoffe ( power to liquid ) Einschleusen in chemische Industrie

18 Wasserstoffeinspeisung oder Methanisierung? pro H 2 + deutlich höherer Wirkungsgrad + geringere Investitionskosten contra H 2 - unerwünschte Korrosionseffekte - Sicherheit: Knallgasreaktion - rechtlich: z. Zt. max. 5 % H 2

19 Wirkungsgrad Strom Gas Wasserstoff % Methan % Strom Gas Strom Wasserstoff % Methan % Strom Gas Strom & Wärme Wasserstoff % Methan % Quelle: Fraunhofer IWES 2011

20 Power to Gas Anlagen in Deutschland in Planung in Bau in Betrieb Quelle: Strategieplattform Power to Gas

21 Power to Gas Anlagen in Deutschland Stuttgart Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg ZSW November 2009 weltweit erste Pilotanlage 25 kw Quelle: Strategieplattform Power to Gas

22 Power to Gas Anlagen in Deutschland Stuttgart Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg ZSW Oktober kw Quelle: Strategieplattform Power to Gas

23 Power to Gas Anlagen in Deutschland Werlte Quelle:audi.de Audi AG Audi e-gas Projekt Juni 2013 weltweit erste industrielle Anlage 6 MW Quelle: Strategieplattform Power to Gas

24 Power to Gas Anlagen in Deutschland Schwandorf/Oberpfalz Viessmann Group MicrobEnergiy Februar 2013 mikrobielle Methanisierung von Wasserstoff Quelle: Strategieplattform Power to Gas

25 Power to Gas Anlagen Quelle: EnBW

26 Standortfaktoren für Power to Gas Anlagen Nähe zu erneuerbaren Stromquellen Quelle: EnBW

27 Standortfaktoren für Power to Gas Anlagen Nähe zu erneuerbaren Stromquellen Vorhandenes Gasnetz zur Einspeisung von Wasserstoff oder Methan Quelle: EnBW

28 Standortfaktoren für Power to Gas Anlagen Nähe zu erneuerbaren Stromquellen Nähe zu Gasspeichern zur Speicherung von Wasserstoff oder Methan Vorhandenes Gasnetz zur Einspeisung von Wasserstoff oder Methan Quelle: EnBW

29 Standortfaktoren für Power to Gas Anlagen Nähe zu erneuerbaren Stromquellen Nähe zu Gasspeichern zur Speicherung von Wasserstoff oder Methan Nähe zu Biogasanlagen und anderen CO 2 -Quellen Vorhandenes Gasnetz zur Einspeisung von Wasserstoff oder Methan Quelle: EnBW

30 Standortfaktoren für Power to Gas Anlagen Nähe zu erneuerbaren Stromquellen Nähe zu Gasspeichern zur Speicherung von Wasserstoff oder Methan Nähe zu Industrieanlagen als direkte Abnehmer für Wasserstoffgas Nähe zu Biogasanlagen und anderen CO 2 -Quellen Vorhandenes Gasnetz zur Einspeisung von Wasserstoff oder Methan Quelle: EnBW

31 Standortfaktoren für Power to Gas Anlagen Nähe zu erneuerbaren Stromquellen Nähe zu Gasspeichern zur Speicherung von Wasserstoff oder Methan Nähe zu Industrieanlagen als direkte Abnehmer für Wasserstoffgas Absatzmöglichkeiten für Nebenprodukte wie Wärme und Sauerstoff Nähe zu Biogasanlagen und anderen CO 2 -Quellen Vorhandenes Gasnetz zur Einspeisung von Wasserstoff oder Methan Quelle: EnBW

32 Weitere Informationen Strategieplattform Power to Gas

33

34 Roadmap der Strategieplattform Power to Gas Ermittlung der nicht integrierbaren Strommengen aus erneuerbaren Energien nach zeitlichem Verlauf und räumlicher Verteilung Weiterentwicklung der benötigten Technologien (Elektrolyse, Methanisierung, Einspeisung ins Gasnetz) Parallele Weiterentwicklung der direkten H 2 -Einspeisung ins Gasnetz Erforschung u. Festlegung tolerierbarer Grenzwerte von H 2 in der Erdgasinfrastruktur Weiterentwicklung und Harmonisierung der rechtlichen Rahmenbedingungen Entwicklung und Optimierung von Pilot- und Demonstrationsprojekten

35 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Kurt Grillenberger nta Hochschule Isny