Power-to-Gas-to-Refinery: Ein Beitrag zur Energiewende

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1 Power-to-Gas-to-Refinery: Ein Beitrag zur Energiewende , IG BCE - Innovationsforum Energiewende Tobias Mischlau, Legal and Compliance E.ON Innovation Center Energy Storage

2 Die Energiewende & die Funktion von Energiespeichern Ausbau Erneuerbarer Erzeugung GER: 40-45% erneuerbare Stromerzeugung im Jahr 2025; 80% in 2050 EU: 20% Erneuerbare Erzeugung bis 2020 Dekarbonisierung GER: Senkung der Emissionen bis 2050 um 80% EU: 40% Emissionsreduktion bis 2030 Steigerung der Energieeffizienz GER: Senkung des Primärenergieverbrauchs bis 2020 um 20% und bis 2050 um 50% EU: 20% Energieeinsparung bis 2020 Energiespeicher unterstützen die Integration erneuerbarer Energie und liefern Systemdienstleistungen für einen stabilen Netzbetrieb Energiespeicher machen erneuerbaren Strom für andere Energiesektoren nutzbar und fördern so die Dekarbonisierung Energiespeicher machen Überschussstrom nutzbar und steigern die Effizienz des Netzbetriebs 2

3 Stromerzeugung in Deutschland - Entwicklung Stromerzeugung in Deutschland Zusammensetzung erneuerbare Erzeugung in Deutschland % 700 Share of energy production 80% 60% 40% 20% 0% Generation in TWh Biomass 25% Hydro 13% Waste 4% Wind 35% Photovoltaic 22% Mehr als 50% von variablen Erneuerbaren Fossil Renewable Total power generation Nuclear Others Wind Photovoltaic Hydro Biomass Waste Quelle: BDEW, Erneuerbare Energien und das EEG: Zahlen, Fakten, Grafiken (2015) 3

4 Energiewende in Deutschland Entwicklung der installierten Erzeugungsleistung (GW) Bruttostromverbrauch 550 TWh 3,4% EE 634 TWh (33,4 TWh Nettoexport) 25% EE 0 70,6 4,7 13,7 80% EE 580 TWh 100% EE * 84 theoretischer Ansatz (EIC Energy Storage) Vervierfachung der Kraftwerksleistung 1% Abschaltung bedarf Zubau von 3-4 GW EE. Quelle: BMWi, Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik Annahmen Zukunftsszenario: Stromverbrauch stagniert und entspricht der EE-Erzeugung. Volllaststd. Wind + Sonne = h Grundlastfähige EE nur begrenzt ausbaubar Zukunft 2050 Konv. Erzeugung Grundlastfähige EE Sonne+Wind EE: Erneuerbare Energie *) von 2012

5 Flexibilitätsbedarf zunehmend variable Erzeugung immer schon variabler Verbrauch Zeitweise Netzüberlastung Zeitweise Defizit in Erzeugung 5

6 Flexibilität aus allen Bereichen des Energiesystems Erzeugung Netze Strom Speicher Wind/Sonne-zu-Strom Gas Wärme Strom-zu-Strom Gas-zu-Strom/Wärme Strom-zu-Gas Kohle-zu-Strom/Wärme Bedarf Strom-zu-Wärme Demand side management / Lokale Erzeugung Haushalte Mobilität Industrie

7 Spezifikationen unterschiedlicher Speichertechnologien in h PSP Power-to-Gas CH 4 Zeit 10 CAES 1 Batterien 0,1 0,01 0,001 Schwungrad DVGW-Project G Energiespeicherkonzepte 1kWh 10kWh 100kWh 1MWh 10MWh 100MWh 1GWh 10GWh 100GWh 1TWh 100TWh Energie 7

8 Power-to-Gas verbindet Märkte und unterstützt die Integration von erneuerbarer Energie Zertifikat grüner Wasserstoff Grünstromzertifikat Erneuerbarer Wasserstoff Mobilität Stromnetze Elektrolyse Direkte Verwendung Industrie Wasserstoffnetz Wärme CO 2 -Vermeidung ist der Hauptreiber in den meisten Anwendungen Strom SNG Erdgasnetz CO 2 Erdgas & grünes Gas CH 4,Bio 8

9 Integration of Hydrogen in transport sector hydrogen via gas grid (methanation optional) Renewable Electricity Hydrogen Methan CH 4 Natural Gas Gas Grid Mobility Natural gas vehicles Only road transport!. Hydrogen for refinery Renewable Electricity Hydrogen refinery Mobility For all refinery products feasible! For whole transport sector feasible! Crude Oil Directly used green hydrogen in fuel cell vehicle 9 Renewable Electricity Hydrogen Mobility Fuel cell vehicles. Only road transport!

10 Möglicher kommerzieller Markteintritt von Speicher-/Transformationstechnologien Ziel: allgemeine Emissionsminderung (Klimaschutz) Technologiebedarf komplemetär zum Ausbau erneuerbarer Energien früher oder später? 10

11 Emissionsreduktion durch Grünen Wasserstoff heute morgen Rohöl 104,3 g CO 2 /MJ * 9,1 g CO 2 /MJ * Dampfreformierung Fossile Energie Fossile Energie Dampfreformierung Wasserstoff CH 4 Erdgas Erdgas CH 4 Wasserstoff Elektrolyse Erneuerbare Energie Hydrogen Strom Erneuerbare Energie Fermentation Biomasse Ethanol Ethanol Zertifikate E5 / E10 Zertifikate * Sog. Default Value nach Annex I der Richtlinie COM (2014) 617 [FQD]. Speichereffekt = Integration erneuerbarer Energie

12 Grüner Wasserstoff aus Power-to-Gas hat niedrige, spezifische Emissionen und benötigt nur wenig Fläche Treibhausgas-Emissionen von Wasserstoff in g CO 2 /MJ Flächenbedarf in ha² 104, ,1 6 4 aus Steamreformern [FQD] 1 aus PtG [FQD] 1 aus PtG für Reitbrook [Schätzung] Bioethanol³ Biodiesel 4 aus PtG 5 H2 aus Power-to-Gas hat um 87,5% geringere Emissionen als die konventionelle Herstellung mittels Dampfreformierung von Erdgas. Der Flächenbedarf für die Herstellung von Grünem Wasserstoff ist signifikant geringer als für andere Biokraftstoffe. 12 1: Default value of the life cycle GHG intensity according to Annex I of Council Directive COM (2014) 617 [FQD]. 2: Required surface for the production of 0.5 % of final energy consumption of German road transport (= 3.09 x 10 6 MWh) 3: average of absolute land use of sugar beets, wheat and corn basis respectively: sugar beets basis 40 GJ/ha = 11.1 MWh/ha, wheat basis 8.8 GJ / ha = 2.44 MWh / ha, corn basis 15 GJ / ha = 4.17 MWh / ha 4: on raps basis: 1000 kg/ha with 40 MJ/kg = 40 GJ/ha = 11.1 MWh/ha 5: 700 m² for 40 MW Alkaline Electrolysis (2.000 MW installed electrolysis capacity with 1550 full load hours)

13 Bestand Personenfahrzeuge in Deutschland ,838* 13,861* *in Tausend 494* 81* 108* 19* Benzin Diesel Flüssiggas Erdgas Hybrid Elektro Die Nutzung von Grünem Wasserstoff in der Raffinerie kann ohne technologische Änderung bei den vorhandenen Fahrzeugflotten erfolgen. 13 Source: Kraftfahrt-Bundesamt; Personenkraftwagen am 1. Januar 2015 nach ausgewählten Merkmalen,

14 Wasserstoff ist als Advanced Biofuel anzuerkennen Emissionen von Produktion - estimated for Power to Gas in Hamburg-Reitbrook 6 g CO 2 eq. from Power to Gas [FQD] 1 9,1 g CO 2 eq. from steam methane reforming [FQD] 1 104,3 g CO 2 eq Funktionsweise - Wasserstoff kann vielfältig im Mobilitätssektor eingesetzt werden (Brennstoffzelle, Erdgasfahrzeug, Raffinerie) - In Raffinerien kann Grüner Wasserstoff aus Power-to-Gas Grauen Wasserstoff aus fossilen Quellen 1:1 ersetzen Maßnahmen - Anerkennung von grünem H2 in der Fuel- Quality-Directive (FQD) insbesondere auch den Einsatz in Raffinerien - Gleichbehandlung mit anderen Advanced Biofuels in der RED hinsichtlich Minimum- Quoten und Mehrfachanrechnung - Schaffung eines einheitlichen Zertifizierungssystem für Grünen Wasserstoff 1: Default value of the life cycle GHG intensity according to Annex I of Council Directive COM (2014) 617 [FQD]. 14

15 Power-to-Gas WindGas Hamburg Inbetriebnahme heute 15