Erdgas aus Wind und Sonne die SolarFuel-Technologie

Transkript

1 Erdgas aus Wind und Sonne die SolarFuel-Technologie Vortrag beim FGE-Kolloquium an der RWTH Aachen Dr. Hermann Pengg-Bührlen , Aachen SolarFuel GmbH Heßbrühlstrasse 15, D Stuttgart

2 Inhalt 100% Erneuerbare in Deutschland kein Problem? Power-to-Gas (PtG): die SolarFuel-Technologie Vor- und Nachteile von PtG im Vergleich mit anderen Speichertechnologien Entscheidende Qualitätsanforderungen an PtG-Anlagen Projekt Beta-Anlage ein Auftrag der AUDI AG im Rahmen des Audi e-gas-projekts -1-

3 100% Erneuerbare in Deutschland kein Problem? -2-

4 in TWh Der Gesamtenergieverbrauch sinkt bis 2020 die Erneuerbaren spielen vor allem im Stromsektor eine immer wichtigere Rolle Gesamtenergieverbrauch nach Energieträger Fossile Energie Erneuerbare Energie Außenhandelssaldo Strom Biomasse, Müll und Andere Wasser, Windkraft, PV, Geo Kernenergie Erdgas, Erdölgas Braunkohle Steinkohle Mineralöl Fossile Energie Quellen: BMWi, EU energy trends to 2030 UPDATE

5 Film Mai

6 Der Energieverbrauch für die Bereitstellung elektrischer Energie ist nur 18% des gesamten Energieverbrauchs; die größten Herausforderungen im Hinblick auf eine Dekarbonisierung stellen der Wärme- und der Mobilitätssektor dar Energieverbrauch Deutschland nach Sektoren im Jahr 2008, gesamt 3440 TWh Strom 18% Wärme 41% Verkehr 21% Industrie 20% Quelle: BMWi -5-

7 Das Potential für eine 100%-Versorgung zumindest im Stromsektor ist vorhanden; der Ausbau erneuerbarer Energien ist jedoch mit Problemen verbunden Probleme, die beim Ausbau EE auftreten Kein Problem: Es gibt genügend Potential für erneuerbare Energien in Deutschland Probleme: Netzüberlastungen im Übertragungsnetz Netzüberlastungen im Verteilnetz (PV) Netzausbaukosten Keine umfassende Lösung für Mobilität Keine umfassende Lösung im Bereich Wärme Quelle: Solarfuel -6-

8 Power-to-Gas (PtG): Die SolarFuel-Technologie -7-

9 Die PtG-Technologie löst das Problem der Langzeitspeicherung und stellt darüberhinaus erneuerbare Energie für alle Sektoren zur Verfügung Das Gasnetz wird zur Systemplattform für gespeicherte Erneuerbare Energie Power-to-Gas erschließt 200 TWh bestehende Speicher im Gasnetz Elektrolyse /H 2 -Tank Methanisierung CH 4 CO 2 CO 2 CO CO 2-2 Tank H 2 Quelle: Specht, Sterner et al. -8-

10 Die PtG-Technologie löst das Problem der Langzeitspeicherung und stellt darüberhinaus erneuerbare Energie für alle Sektoren zur Verfügung Das Gasnetz wird zur Systemplattform für gespeicherte Erneuerbare Energie Power-to-Gas erschließt 200 TWh bestehende Speicher im Gasnetz Stromnetz Verstromung Gasnetz Wind Stromspeicherung Mobilität Sonne GuD/ BHKW Gasspeicher Wärme CO 2 CO 2 Elektrolyse /H 2 -Tank CO 2 - Tank H 2 CO 2 Methanisierung H 2 CH 4 Industrie Quelle: Specht, Sterner et al. -9-

11 Vom Konzept zur Realität: Die erste Pilotanlage von SolarFuel, gebaut vom ZSW Stuttgart Quelle: Specht et al., 2009 CO 2 Absorptionsleistung = 1,5 ha Mais / a

12 Die Natur wandelt Energie in Kohlenstoff und Wasserstoff um, leider nur mit geringer Effizienz Photon-to-fuel Prozess η < 1% η < 50% H 2 O O 2 Photonen aus Gesamtwirkungsgrad η < 0,5 % Energiespeicherung Chemische Energie (Biomasse) Treibstoffe (Fossil, biogen) CO 2 Kernprozess Spalten von Wasser: 12 H 2 O 24 (H) + 6 O 2 H2 reagiert mit CO2: 6 CO (H) C 6 H 12 O H 2 O Quelle: SolarFuel -11-

13 Der Zielwert für die Effizienz der γ-anlage liegt bei >60 Prozent, das erzeugte Erdgassubstitut ist direkt einspeisefähig sowie ein handelbares Produkt Konvertierungsrate und Vergleich Gaszusammensetzung in Vol. %, G262, DIN konform Konvertierungsrate Strom Elektrolyse 98.9% 100% 61,6% 11.7% Substitute Natural Gas (SNG) Nutzbare Abwärme Strom CO 2 -Verdichtung 1.1% 26.7% Verlust Gaszusammensetzung vor und nach Methanisierung, Vol. %, Wobbeanpassung äquivalent Biomethaneinspeisung Edukt-Gas H CH 4 90,1 CH 4 -reiches Produkt-Gas (SNG) Synthesereaktion Volumenabnahme 5: CO 2 CO 2 H 2 Quelle: SolarFuel -12-

14 Vor- und Nachteile von PtG im Vergleich mit anderen Speichertechnologien -13-

15 SolarFuel erfüllt als einzige Technologie jene Speicheraufgaben, die ein Verhältnis von Energieinhalt zu Leistung von mehr als 48 Stunden fordern Benchmarking SolarFuel Akkus Elektroauto Druckluftspeicher Redox- Flow-Zelle Wasserstoff Pumpspeicher Methan Energieinhalt [kwh] 200 TWh Leistung [kw] 20 MW Leistungsbereitschaft [h] Mittelgeb.: 4 Hochgeb.: 48 Unabhängig Stunden 2 Wochen 48 h Quelle: SolarFuel Akkus Elektroauto Druckluft Redox Flow Wasserstoff PSKW SolarFuel -14-

16 Alle Probleme, die im Zuge des Ausbaus EE auftreten werden, nehmen mit zunehmendem Ausbau EE stark zu Probleme, die durch den Ausbau EE auftreten werden, Zeithorizont Problem Ausprägung heute Überlastung lokaler Verteilnetze Wahrnehmbar Überlastung von Übertragungsnetzen, Redispatch-Bedarf Verstärkter Ausbau von Übertragungnetzen notwendig Temporärer Überschuss und Mangel an Strom, zunehmend schwankende Strompreise Wahrnehmbar nicht vorhanden nicht vorhanden Erhöhter Bedarf an Stromspeicherung nicht vorhanden gering Treibhausgase in den Sektoren Wärme und Industrie Treibhausgase im Mobilitätssektor (Individualverkehr, Kurz- bis Mittelstrecke) Treibhausgase im Mobilitätssektor (Langstrecke, LKW, Schiff, Flugverkehr) stark stark stark Quelle: SolarFuel -15-

17 Von allen Speichermethoden können nur E-Methan und Wasserstoff zur Lösung aller genannten Probleme beitragen; für Wasserstoff fehlt die Infrastruktur Bewertung von Speichertechnologien im Hinblick auf Anforderungen eines erneuerbaren Energiesystems Probleme Akkus E-Mob. Redox- Flow PSKW A-CAES H2 lokal sp. H2 mit Infrast. PtG Überlastung lokaler Verteilnetze Überlastung von Übertragungsnetzen, Redispatch- Bedarf Verstärkter Ausbau von Übertragungnetzen notwendig Temporärer Überschuss und Mangel an Strom, zunehmend schwankende Strompreise Erhöhter Bedarf an Stromspeicherung Treibhausgase in den Sektoren Wärme und Industrie Treibhausgase im Mobilitätssektor (Individualverkehr, Kurz- bis Mittelstrecke) Treibhausgase im Mobilitätssektor (Langstrecke, LKW, Schiff, Flugverkehr) Kein Lösungsbeitrag Eventuell langfristig (2020+) Lösungsbeitrag Mittel- und langfristig Lösungsbeitrag -16-

18 Entscheidende Qualitätsanforderungen an PtG-Anlagen -17-

19 Wesentliche technische Anforderungen an PtG-Anlagen sind im Prototypenmaßstab demonstriert, der Ausbau der EE begünstigt die Wirtschaftlichkeit Technische und wirtschaftliche Anforderungen und ihr Grad der Erfüllbarkeit Anforderung Art der Anforderung Erfüllbarkeit bis 2020 Erfüllbarkeit Erzeugung von Austauschgas-Qualität Intermittierender Betrieb Elektrolyse Intermittierender Betrieb Reaktor Wärmenutzung Nutzung von Synergien, z.b. BGA Niedrige Strompreise Hohe Vollaststunden K.O. - Kriterium K.O. - Kriterium K.O. - Kriterium vorteilhaft vorteilhaft Wirtschaftlichkeit Wirtschaftlichkeit Regelenergie Befreiung strom- und gasseitige Abgaben Wirtschaftlichkeit Netznutzungsentgelte Senkung der Investitionskosten, Erhöhung Wirkungsgrad Wirtschaftlichkeit First-of-its-kind Grenzkosten EE Null Regelenergie Speicherbereitstellung Prognoseausgleich Redispatch-Vermeidung Befreiung von allen Abgaben / Kein Letztverbraucher Erfahrungskurve, Skaleneffekte Nicht erfüllt Erreichbarkeit wahrscheinlich Erreichbarkeit sicher Quelle: SolarFuel -18-

20 Projekt Beta-Anlage ein Auftrag der AUDI AG im Rahmen des Audi e-gas- Projekts -19-

21 Die PtG-Technologie ist erfolgreich demonstriert Audi setzt auf E-Gas und beauftragt erste SolarFuel 6,3 MW Anlage Konsequente Schritte in der Anlagenentwicklung Beta-Anlage 2010-Anlage an Biogasanlage Werlte 2011 Morbach 2009 Alpha-Anlage Stuttgart Quelle: SolarFuel -20-

22 Die Audi AG sieht die SF-Technologie als zentralen Baustein in ihrer Nachhaltigkeitsstrategie; Solarfuel wird für Audi eine Anlage im MW-Maßstab bauen Nachhaltige Mobilität als Gesamtkonzept von Audi AG Quelle: AUDI AG -21-

23 SolarFuel entwickelt, baut und vertreibt Anlagen zur Konversion von Strom zu Synthetischem Erdgas Bisherige Meilensteine Gegründet in Salzburg (nach dem Verkauf einer BtL Beteiligung) Ziel: Herstellung von Treibstoffen ohne Nutzung von klassischer Biomasse Systematische Analyse aller Photon to Fuel Konzepte mit internationalem Team Entscheidung für elektrochemische Verfahrensführung Seedfinanzierung 3 Mio. durch Gründungsgesellschafter Fertigstellung Alpha 25 Anlage Normgerechte Treibstoffproduktion diverse Weltrekorde gebrochen Treibstoff als Speicher für Strom Smart Energy Conversion löst das Problem der Volatilität von EE-Strom Erste öffentliche Vorstellung des Konzepts im Rahmen der FVEE Jahrestagung SolarFuel im Energiekonzept der Bundesregierung Diverse Innovationspreise Sitzverlegung nach Stuttgart Kapitalrunde 1,5 Mio. / Pre Money 10 Mio. durch neue Gesellschafter (juwi und private) Alpha 250 Finanzierung der Versuchsanlage 4Mio. Beta Kunde und Standort sind festgelegt Öffentliche Mitteilung durch Auftraggeber AUDI AG im Mai 2011 SolarFuel im Partei-/Regierungsprogramm CDU/CSU, SPD, Grüne, FDP Marktpotential in Deutschland Experten schätzen das Marktpotential für SolarFuel Anlagen in D mit > 1 Mrd. /Jahr Kapitalrunde 1,5 Mio. / Pre Money 25 Mio. durch neue Gesellschafter (strategischer und private) Quelle: SolarFuel -22-

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