Strom in der Chem. Industrie - Mehr als nur ein Betriebsmittel. GeCats Frankfurt, 07. November 2014 Dr. Volker Göke

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1 Strom in der Chem. Industrie - Mehr als nur ein Betriebsmittel GeCats Frankfurt, 07. November 2014 Dr. Volker Göke

2 Profil der Linde Group Organisation The Linde Group Gases Division Engineering Division Other Activities EMEA Gist Asia/Pacific Americas Global Functions 2

3 Megatrends und herausragende Linde-Geschäftsfelder Gase & Engineering Kompetenzen sind ein Wegbereiter Wachstumsregionen Energie & Umwelt Gesundheit 3

4 Technologieportfolio innerhalb Clean Energy Unterwegs für Linde Flüssigerdgas Enhanced Oil Recovery (EOR) Oil vs. NG Schere CO 2 Reduktion Alterung von Ölfeldern Hohe Ölpreise Carbon Capture & Speicherung / Nutzung H 2 als Treibstoff Regulation Förderung Kohlereserven Emissionsfreiheit Fahrspaß CO 2 Netzwerke Erneuerbare Energien und Speicherung Nachfrage von CO 2 Recycling Integrierte Konzepte Nachhaltigkeit Integration EE Energiepreise 4

5 Application of Electricity to Chemical Industry As scientific research and technical development proceed, it is sure to find ist way into spheres of chemical industry in which it is now unknown. Cheap electricity is essential for its progress, and the development of hydroelectric schemes for the supply of light, heat and mechanical power on a national scale will, if consistently and persistently carried out, sureley leave waste or off peak electricity, which can be sold at very low price the chemical manufacturer can afford to pay. Thomas Dillion, Studies: An Irish Quarterly Review Vol. 16, No. 62 (Jun., 1927), pp

6 Die Situation auf einen Blick Fakten Stromverbrauch Chemische Industrie Split Stromverbrauch TWh/a 600 (730 TWh/a Endenergieverbrauch) Antriebe 55% Elektro-Chemie 22% Kühlen 8% Heizen 3% Boiler 1% Facilities 10% Deutschland Industrie Chemie (2012 DESTATIS) TOP10 Verfahren 10 TWh/a (2010 EIA MECS, 2014 rev. ) Technologiebeispiele Elektro-Chemie Werteverständnis* 1. Welle 1850 Elektrolysen 2. Welle 1900 Lichtbögen 3. Welle ab 2010 PEM-Elektrolysen und sonst? Neue Stoffe Neue Verfahren Flexible, neue Verfahrensvarianten! Nachhaltigkeit Technologieführerschaft Sicherheit OPEX Verfügbarkeit CAPEX BAT Zukunft Zukunft *schematisch 6

7 Weshalb Strom? Smarte Eigenschaften! Hohe Verfügbarkeit Produktivität Kein Back-up Emissionsfrei (lokal) Genehmigungen Entsorgung Dynamik Lastanpassung Diskont. Prozesse Mess- und einpreisbar Dokumentation Betriebswirtschaft 7

8 Ausgesprochene Ziele für energieumwandelnde Branchen Ein Dilemma für die Verfahrenstechniker? Energiesparen Mehreinsatz elektr. Energie DECHEMA (2013) Technology Roadmap Energy and GHG Reductions in the Chemical Industry via Catalytic Processes Catalyst and related process improvements could reduce energy intensity for these products by 20% to 40% VCI (2014) DiskussionspapierTechnologische Optionen zur flexiblen Nutzung von elektrischer Energie und Energiespeichern in der chemischen Industrie (in Bearbeitung) 8

9 Strom in der Verfahrenstechnik Die letzen 50 Jahre: Tendenz Einsparen - Fortsetzung geplant! Bio-VT Existenz per se, z.b. Bioalkohole Chemische VT Elektrochemische VT Mechanische VT Scale-up Acetylen per POx und Steamcracker Neue Elektroden und Elektrolytsysteme Effizientere Antriebe Utilities Optimierte Druckluftnetze Prozesskopplung Kraft-Wärme-Kopplung Wärme-Kälte-Kopplung Abwärme zu Strom (ORC) Nano-VT NEU! Thermische VT Scale-up HTU verbessert 9

10 Stromintensivierung in der Verfahrenstechnik Ansatzpunkte heute Wertschöpfungskette Produktion Vorketten Vorketten Nutzung Entsorgung Prozess X kwh/a Dezentral Zentral Zentral Chemieparks z.b. Großelektrolysen KMU-Standorte techn. Gase per (Co-)Elektrolyse z.b. Plasma-Abgasbehandlung 10

11 Strom in der Verfahrenstechnik Einsatzpotenziale morgen neu und wiederentdeckt! Bio-VT Künstl. Beleuchtung - OLED Chemische VT Katalysatoren Antriebe Beheizung Speichermedien Elektrochemische VT Mechanische VT Antriebe Trennen Nano-VT Materialen Thermische VT Beheizung Speichermedien 11

12 Stromintensivierung in der Chemische Verfahrenstechnik Ein Versuchung der Kategorisierung Unmittelbare Lösungen Markteffekt Vorteil Nachteil 1. Ausbau Strom konsumierender Prozesse (z.b. Elektrolysen) Zusatzkapazität BAT Absatzlimitierung 2. Modifikation unterfeuerter Prozesse (z.b. Oxyfuel-Technologie) Wechsel Endenergie Potenzial, Nutzbarmachung H i - Gase Brennerumstellung 3. Power-to-Heat (v.a. HAT) (Prozesswärme; Ersatz von Brennstoffen) Wechsel Endenergie Kapazität, Effektivität Verlust Flexibilität 3b. Entwicklung von hybriden Prozessen Wechsel Endenergie Vollast Downstream Regelungstechnik 4. Synthese neuer Speichermaterialien Balance Strommarkt Integration in Systeme Effizienz, Entwicklungsbedarf 12

13 Stromintensivierung in der Chemische Verfahrenstechnik Ein Versuchung der Kategorisierung Mittelbare Lösungen Markteffekt Vorteil Nachteil 1. Katalytsatoren auf elektrisch beheizten Trägern (Wabenform, Schäume) Wechsel Endenergie Prozessintensivierung Entwicklungsbedarf 2. Katalysatoren zum Laden/Entladen von (chem.) Energiespeichern (Wiederverstromung) Balance Strommarkt Marktvolumen groß Entwicklungsbedarf Kombinierte Lösungen Markteffekt Vorteil Nachteil 1. Mittels nicht-therm. Plasmen aktivierte, in After-Glow-Zone katalysierte Reaktionen Wechsel Endenergie Prozessintensivierung Produkteigenschaften Skalierbarkeit?, Marktvolumen klein Entwicklungsbedarf, Selektivität 13

14 Linde-Aktivität: Beispiel Wasserstoff Leuchtturmprojekt Energiepark Mainz Hauptfakten Leuchtturmprojekt für Elektrolysewasserstoff als Energiespeicher und vektor in Mainz durch Stadtwerke Mainz, Linde, Siemens und Hochschule RheinMain Siemens PEM Elektrolyse 6 MW Neuartiger ionischer Kompressor für flexiblen und effizienten Betrieb von Linde Druckspeicherung ~1000 kg (~33 MWh) Wasserstoff-Trailerabfüllstation Linde Erdgasnetzeinspeisung (Ortsnetz / GuD) Strombezug von verschiedenen Quellen (Windenergie, Regelleistung, Spotmärkte) Ziele: Bewirtschaftung eines Netzengpasses Erprobung und Betriebserfahrung mit Komponenten und Zusammenspiel Optimale Steuerung und Marktintegration 14

15 Bausteine eines Erfolgmodells Zusammenfassung Chemie Energie Gase Up- Stream Core New Down- Stream Branchenübergreifende Konzepte Chemie wird Ihren Beitrag liefern können Investitionsanreize Demonstration und Planungssicherheit zur Umsetzung entwickelter Konzepte Hybride und integrierte Varianten Mehrnutzen für den Kunden unter Beibehaltung des Kerns Technologieführerschaft auch morgen Etablierung und Sicherung durch neue Forschungsprogramme Stoffe Verfahren Nachhaltigkeit Bund Wissenschaft Industrie 15

16 Application of Electricity to Chemical Industry As scientific research and technical development proceed, it is sure to find ist way into spheres of chemical industry in which it is now unknown not fully explored. Cheap electricity is essential for its progress, and the development of hydroelectric and other Renewable schemes for the supply of light, heat and mechanical power on a national scale will, if consistently and persistently carried out, sureley leave waste or off peak electricity, which can be sold at very low price the chemical manufacturer can afford to pay. Status description, Frankfurt Nov 07 th,