Prof. Kurt Wagemann Defossilisierung der Chemischen Industrie: Optionen und Herausforderungen
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- Klemens Heintze
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1 Prof. Kurt Wagemann Defossilisierung der Chemischen Industrie: Optionen und Herausforderungen VIK-Jahrestagung, Berlin, 21. November 2017
2 Mit finanzieller Unterstützung von CEFIC The European Chemical Industry Council Veröffentlichung im Juli VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
3 Aufgabenstellung der Studie Wie erreicht die Chemische Industrie CO 2 -Neutralität bis 2050? Transformation der Chemischen Industrie durch Nutzung von: EE-Strom Alternative Kohlenstoff-Quellen CO 2 (CO) Biomasse 2 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
4 Rohstoffe Aufgabenstellung der Studie Transformation der Chemischen Industrie durch Nutzung von: Industrial symbiosis EE-Strom Alternative Kohlenstoff-Quellen CO 2 (CO) Biomasse Circular economy/ Recycling 3 VIK-Jahrestagung, 21. November VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
5 Rohstoffe Untersuchte Technologien Aufgabenstellung der Studie Industrial symbiosis EE-Strom Alternative Kohlenstoff-Quellen CO 2 (CO) Biomasse Circular economy/ Recycling Energie Effizienz Power to Heat Power to Chemicals Power to Fuels Methanol Ethylen 4 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017 Propylen BTX Ammoniak (Harnstoff) Chlor Methanol, Bioethanol, Synthetische KW Nicht behandelt: GHG Reduktion durch den Einsatz chemischer Produkte 4 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
6 Untersuchte technische Optionen Wasserstoff/CO 2 -basierte Produktionsrouten Methanol aus Wasserstoff und CO 2 Ethylen und Propylen über Methanol to Olefins (MTO) BTX über Methanol to Aromatics (MTA) Synthetischer Diesel und Kerosin aus H 2 -basiertem Syngas über FT Ammoniak und Harnstoff aus Wasserstoff und CO 2 Biomasse-basierte Produktionsrouten Methanol über Vergasung Ethanol über Fermentation Ethylen and Propylen aus Ethanol BTX über Methanol to Aromatics (MTA) Strom-basierte Prozesse Chlor-Herstellung mittels Elektrolyse Power-to-Heat zur Dampferzeugung 5 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
7 Wasserstoff / CO 2 -basierte Produktionsrouten EE Strom Wasser H 2 O 2 Elektrolyse CO 2 RWGS 6 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
8 Beispiel Power to Methanol: Schema und Energiebedarf water Renewable electricity electrolysis CO 2 source H 2 H 2 CO 2 gas cleaning Compression Methanol synthesis pure methanol Distillation Condensation CO H 2 CH 3 OH + H 2 O O 2 Bedarf an elektrischer Energie für die Wasserelektrolyse: MWh/Nm 3 H2 / 0,085 kg H2 /Nm 3 x 189 kg/t MeOH = 9.52 MW/t MeOH Energiebedarf der Aggregate: 1.5 MWh/t MeOH Energie gesamt: MWh/t MeOH 7 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
9 Verwendete Szenarien Business as Usual (BAU): - Ausbau der existierenden Produktionskapazitäten, aber: - Keine Implementierung neuer technologischer Optionen - Keine verstärkten Effizienz Anstrengungen Mittel: - Kontinuierliche Effizienz Steigerungen - Kontinuierlich verstärkter Einsatz von technologischen Durchbrüchen - Aber: Kein vorzeitiger Ersatz alter Anlagen - Politische Maßnahmen, damit Wege zur Defossilisierung wettbewerbsfähig werden Ehrgeizig: - Konsequente Implementierung neuer technologischer Optionen - Beschleunigung von R&D-, Pilot- und Demonstrations Aktivitäten - Umgehender kommerzieller Einsatz - Alte Anlagen werden frühzeitig ersetzt - Volle Unterstützung durch die Politik imum Szenario: - 100% low-carbon Technologien sind 2050 in der Chemischen Industrie und im Kraftstoff-Sektor implementiert 8 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
10 Beispiel Power to Methanol: CO 2 -Bilanz Elektrolyse: 0.56 t CO 2 eq/t H2 (Windkraft-Anlage inkl. Infrastruktur) => t CO 2 eq/t MeOH Prozessenergie: CO 2 -Abtrennung*: t CO 2 eq/t MeOH 0.42 t CO 2 eq/t CO2 (Abtrenneinheit und Transport) => 0.58 t CO 2 eq/t MeOH (für t CO 2 /t MeOH ) CO 2 -Verbrauch: t CO 2 /t MeOH (im Sinne vermiedener Emissionen) Gesamt: t CO 2 eq/t MeOH * aus Kohlekraftwerkabgas 9 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
11 [TWh] Zentrale Ergebnisse: Bedarf an EE-Strom Demand carbon-free electricity chemicals + fuels MeOH via H2, chem Ammonia via H2 BTX via H2 Olefins via H2 Chlorine Syn. Jetfuel MeOH via H2, fuel Syndiesel Steam 0 Available carbon-free electricity (IEA2DS) VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
12 [mill. t] Zentrale Ergebnisse: Bedarf an CO CO 2 required as feedstock for chemicals and fuels MeOH via H2, chem Urea via H2 BTX via H2 Olefins via H2 Syn. Jetfuel MeOH via H2, fuel Syndiesel Available CO 2 in VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
13 Ökonomische Auswirkungen: Erwarteter Investitionsbedarf Mill. Chlorine Ammonia Urea Methanol Ethylene Propylene BTX Sum Yearly average ediate itious imum Aktuell (geschätzt): 14,1 Mrd. /a Investitionen gesamt Mittleres Szenario: + 3,0 Mrd. /a zusätzliche Investitionen Ehrgeiziges Szenario: + 5,2 Mrd. /a zusätzliche Investitionen imal Szenario: + 12,5 Mrd. /a zusätzliche Investitionen 12 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
14 Prioritäten Herausforderungen Zentrale Aussagen Zugang zu günstigem EE-Strom in ausreichender Menge als Grundvoraussetzung Skalierung der Wasserstoff-basierten Routen Begrenzte Biomasse-Verfügbarkeit (=> bevorzugt: effizienter Einsatz zur Herstellung hoch-funktionalisierter Verbindungen) Hoher zusätzlicher Investitionsbedarf: 3-13 Milliarden /a gegenüber heute Keine Wettbewerbsfähigkeit unter den derzeitigen Rahmenbedingungen Etablierung ambitionierter R&I-Programmes, Prioritäre Themen: Effiziente H 2 -Erzeugung und bessere Wertschöpfung aus Biomasse PPPs zur Unterstützung der Einführung neuer Technologien Unterstützung intersektorieller Zusammenarbeit (industrielle Symbiose) Ausbau des Material Recyclings zur Verringerung des fossilen Rohstoffbedarfs Starke politische Unterstützung => gemeinsame Erarbeitung einer Prioritätenliste 13 VIK-Jahrestagung, 21. November 2017
15 Prof. Kurt Wagemann Defossilisierung der Chemischen Industrie: Optionen und Herausforderungen VIK-Jahrestagung, Berlin, 21. November 2017
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