Forschung auf dem Gebiet der Elektrolyseure und der wasserstoffreichen Methanierung

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1 Wir schaffen Wissen heute für morgen Paul Scherrer Institut Alexander Wokaun Forschung auf dem Gebiet der ure und der wasserstoffreichen Methanierung Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 1 Themen Vergleich von ptionen für die saisonale Speicherung Forschungsprojekt zum Programm 'Power to Gas' ure: Forschungsziele Methanierung: Forschungsziele Ausblick Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 2

2 Bewertung von Energiespeichern für saisonalen Ausgleich Wasserkraft Druckluft Batterie Wasserstoff Methan Speicherseen Energiedichte ( Wh / L ) 4 ( je nach / 1150 Nutzhöhe ) Trailer Röhrenspeicher Entwicklungsstand verfügbar Entwicklung Entwicklung Entwicklung verfügbar technisch Pilotanlagen Pilotanlage Reichweite saisonal 8-16 Std 1-8 Std saisonal saisonal Wirkungsgrad % 85 90* > * (Strom zu Strom) Wasser zu El. Potenz 70 Potenz. 55 * Erdgas zu El. Lebensdauer ( Jahre ) > 100 ca Ausbauniveau ( TWh ) Zubaupotenzial beschränkt Kavernen möglich möglich möglich in der CH beschränkt Bemerkungen Gebunden Leistung vs. Infrastruktur Methanherstellung an Wasser, Energie eher nicht noch in Topologie für Spitzen- verfügbar Forschung ausgleich Chemische Speicher ( und ) bieten grösstes und flexibles Potenzial für einen saisonalen Energietransfer vom Sommer- ins Winterhalbjahr Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 3 Power-to-Gas: Chemische Speicherung von Strom Stromnetz Erdgasnetz Windkraft Solar GuD, BHKW Gasspeicher C 2, aus Biogasanlagen Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 4

3 Integrierte Projektstruktur: Themen P2G Gesamtsystem Systemische Fragestellungen: Szenarien, Rahmenbedingungen Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 5 Verschiedene -ptionen +1/2 2 e - HP-PEEC or AEC 4 +C e - C+ C 2 + C C e - C /2 2 Methanierung Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 6

4 Effizienzvergleich Kapitalkosten energetischer Wirkungsgrad Whipple and Kenis, J. Phys.Chem. Lett. 1 (2010) 3451 Stromdichte Die Effizienz aller -Varianten wird limitiert durch die folgenden elektrochemischen Reaktionen: 2 Entwicklung und C 2 Reduktion Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 7 Beurteilung der Elektolyse-ptionen für das Power-to-Gas Speicherkonzept aus der Sicht der Elektrokatalyse Teilziele: Stossrichtung des Teilprojektes Energetische und ökonomische Systembewertung der varianten (Hochdruck-PEEC, AEC, Co-) basierend auf kinetischen Daten für Elektrokatalysatoren: - kommerzielle Standards - fortgeschrittene Katalysatorentwicklung innerhalb des Projektes Entwicklung neuer Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffentwicklung im sauren Milieu (Hochdruck-PEEC und Co-) - basierend auf Übergangsmetall-xiden bzw. Sulfiden - ohne Verwendung vom Iridium Entwicklung fortgeschrittener C 2 Reduktionskatalysatoren - basierend auf Kern Schale Nanopartikeln Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 8

5 1 MW SNG P&D Anlage in Güssing FICFB Kommerzielles Biomasse-KWK ( 8 MW therm, 2 MW el ) behandlung Wärme Holz Vergasung Gasreinigung Gasmotor Strom Asche Recycle Ströme Gasreinigung SNG Aufbereitung BioSNG Tankstelle C 2 + S / schwere KW C 2 Produkt (ersetzt N 2 ) Bio-SNG BioSNG (1 MW SNG ) Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 9 Dynamische Reaktion auf -Rezirkulation (1 MW SNG PDU) 60 Anfahren der Variation der -Rückführung Molfraktion C 2, [%] C2 CH4 C Molfraktion C [%] :00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00 Zeit [h] Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 10

6 Verknüpfung mit effizienter Biomassenutzung : Umwandlung von Holzabfällen zu Strom und Wärme Heat Pipe Reformer: Leuchtturmprojekt PSI / AEW / agnion / CTU Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 11 Geplante Pilotanlage am PSI Demoanlage: kommerzieller WKK-Betrieb durch AEW Forschungsanlagen: Teilstromanlagen zur Erforschung von Heissgasreinigung und. Holz Wasser Vergasung HPR Rohgas Kaltgasreinigung Reingas Druckhalteventil Anfahrfackel Luft Koks Verbrennung Gasmotor Wärme Strom Heissgasreinigung Brennstoffzelle Wärme Strom Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun Seite 12 12

7 Zeitlicher Ablauf des geplanten Projektes Szenarien zeitlich und räumlich Netzaspekte Integration in Infrastruktur Gesamtbetrachtung Kosten/Effizienz Nächster Schritt: Pilotprojekt und Demonstration -reiche Start M36 Zeit Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 13 Danksagungen Thomas Schmidt, Tilman Schildhauer, Serge Biollaz, Philipp Dietrich, Urs Elber Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Forschungsbereich Allgemeine Energie Alexander Wokaun 14