Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung

Transkript

1 Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung dena Jahrestagung 2016 Dr. Steffen Schirrmeister

2 Motivation Systemübergreifende Technologie Quelle: dena 2

3 Wasserstofferzeugung Produktionsmengen nach Sektoren Mio. Nm³ weltweite Wasserstoffproduktion ~ 95% Direktverbrauch Wasserstoffherstellung Wasserstoffverwendung Quelle: IHS Chemical Economics Handbook Hydrogen;

4 Wasserstofferzeugung Erzeugung von Wasserstoff in Europa Energiebedarf Leistung Elektrolyse Mrd. 4,5 KWh/Nm³ GW Mio h h 4 Quelle: IHS Chemical Economics Handbook Hydrogen; 2015

5 Erzeugung von Wasserstoff Verwendung von Wasserstoff H2BZ Initiative Hessen 5

6 Wesentliche Herstellpfade für Wasserstoff Vergasung Wirbelschicht Flugstrom -> Schweröle -> Kohle/Petrolkoks/Biomasse Reformierung Steam Reforming Autothermal Reforming Catalytic AR -> Erdgas/Naphtha Strombasierter Wasserstoff Methanol Hydrolyse Chemische Prozesse Dehydrierungen Elektrolysen Lichtbogen Verfahren Cracker 6 Weitere Übersicht:

7 Elektrolysen Chlor-Alkalielektrolyse Wasserelektrolyse (1800) 1890 (1800) 1900 Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers Elektrischer Strom Elektrischer Strom NaCl + H 2 O Elektrolyse Cl 2 H 2 NaOH + H 2 O KOH + H 2 O Elektrolyse H 2 O 2 KOH + H 2 O 7

8 und Verwendung Synthesegasrouten Kohle, Petrolkoks, Biomasse Schweröl Naphtha Erdgas SNG Vergasung 1902 (1840) 1920 H 2 + CO + CO 2 + H 2 O Synthesegas 1955 Reforming Direktoxidation von Eisen Strom Wasserstoff Ammoniak Methanol Ethanol FT Hydrotreater Harnstoff Formaldehyd Fuel Olefine Chemikalien Ammoniumnitrat DME / OME Ethylen Benzin Kraftstoffe Düngemittel Methylacetat Diesel Fuel Cell Stahl Salpetersäure Chemikalien Essigsäure Olefine Kraftstoffe 8 Naphtha Wachs

9 Erzeugung von Wasserstoff Verwendung von Wasserstoff H2BZ Initiative Hessen 9

10 Methanisierung CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O Δ r H 298K = kj/mol SNG als Gas von festen und flüssigen Brennstoffen CO 2 als Kohlenstoffquelle: Sabatier Reaktion: Paul Sabatier 1902 CO H 2 CH H 2 O Δ r H 298K = kj/mol Speicherung elektrischer Energie in chemischer Form Stoffliche Nutzung von CO 2 10

11 Ammoniak und Harnstoff H 2 + CO + CO 2 + H 2 O N 2 + H 2 + CO 2 Ammoniak- und Harnstoffsynthese sind hochgradig integrierte und optimierte Prozesse 11

12 Ammoniak Simon Schulte-Beerbühl: Herstellung von Ammoniak unter Berücksichtigung fluktuierender Elektrizitätspreise, Diss

13 Methanolsynthese Gesamtprozess für Synthesegas: CO + 2 H 2 CH 3 OH H = -90,6 kj/mol Wassergas-Shift-Reaktion (WGS): CO + H 2 O CO 2 + H 2 H = -41,1 kj/mol Heute akzeptierter Mechanismus der Methanol-Synthese: CO H 2 CH 3 OH + H 2 O H = -49,5 kj/mol Das geht auch direkt! Temperatur : C; Druck: bar; Modul M 13

14 Methanolsynthese CO + H 2 Methanolsynthese ist hochgradig integrierter und optimierter Prozess 14

15 Methanol als Chemie- und Energierohstoff

16 Methanolsynthese Typische Anlagengrößen < t/a Kohle, Off-Gas, Naphtha ( 100 MW th ) < t/a Kohle, Off-Gas, Naphtha (1.200 MW th ) > t/a NG > t/a NG - Megamethanol (Air Liquide) > t/a NG - Gigamethanol (Air Liquide) < t/a mit Wasserstoff aus der Wasserelektrolyse (100 MW) Martin Bertau et al Methanol: The Basic Chemical and Energy Feedstock of the Future: Asinger's Vision; Eigene Recherchen 16

17 Herausforderungen und Entwicklungsbedarf Prozesstechnik vorhanden Anpassungsaufwand erforderlich Weiterentwicklung Prozesstechnik Neue Betriebsweisen Katalysatoren Reaktoren Verschaltungskonzepte Anlagendesign CO 2 Bereitstellung Gesellschaftliche Akzeptanz Neue Produkte Neue Mobilität Neue Anlagen (evtl. dezentral) Transparenz Weiterentwicklung Systemtechnik Verfügbarkeit der Energie und Rohstoffe -> Standortwahl Prozessintegration Strandortintegration Systemübergreifende Integration in den Strom- und Gas- und Wärmenetzen EEG Umlagen Netzentgelte Regulatorischer Rahmen Regelenergie und Netzstabilität Anerkennung als Biokraftstoff Versteuerung der Produkte 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit