KOHLENSTOFFSTRÖME IN EINER NACHHALTIGEN ENERGIEVERSORGUNG

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1 Expertinnen- und Expertengespräche 2019 KOHLENSTOFFSTRÖME IN EINER NACHHALTIGEN ENERGIEVERSORGUNG Zoe Stadler Institut für Energietechnik IET Rapperswil, 12. März 2019

2 Inhaltsverzeichnis Einleitung Hintergrund Daten Modell Ausblick Climate Change Carbon Flows in the Energy Transition Bio-Fuels Power-to-Gas Bio-Plastics Hydrogen CO2 2

3 Hintergrund Forschungsgruppen fokussieren jeweils auf einige wenige Technologien und beanspruchen Kohlenstoffquellen teilweise komplett für sich (z.b. Biomasse für Heizung, Treibstoffe oder Bio- Kunststoffe). Welche Kohlenstoffquelle wird wie ökonomisch und ökologisch am sinnvollsten genutzt und welche Technologie kommt dabei zum Einsatz? Start: April 2018 Ende: April

4 Projektteam HSR Prof. Dr. Markus Friedl Leiter Institut für Energietechnik, IET HSR EPFL Prof. Dr. Francois Maréchal Leiter Industrial Process and Energy Systems Engineering, IPESE EPFL Boris Meier Projektleiter Power-to- Gas, IET HSR Dr. Stefano Moret Postdoc, IPESE EPFL EnergyScope Zoe Stadler Projektleiterin, IET HSR Dr. Theodoros Damartzis Postdoc, IPESE EPFL SCCER Biosweet 4

5 Inhaltsverzeichnis Einleitung Hintergrund Daten Modell Ausblick RMTM Renewable Methane for Transport and Mobility Energy Scope 5

6 Hintergrund RMTM Renewable Methane for Transport and Mobility Untersuchung des Potentials von Kohlenstoffdioxid als Kohlenstoffquelle für Energieträger Alleine mit dem CO2 von den Zement- und Kehrrichtverbrennungsanlagen (35 insgesamt) können 43% des Strassenverkehrs mit erneuerbarem Methan angetrieben werden. Limitierender Faktor: Strom aus erneuerbaren Quellen EnergyScope Modell zur Berechnung und Optimierung der Energieflüsse in der Schweiz Hintergrund: Ausstieg aus der Atomkraft 6

7 Energy Scope Quelle: S. Moret, "Strategic energy planning under uncertainty",

8 Inhaltsverzeichnis Einleitung Hintergrund Daten Modell Ausblick Hauptziel: Bestimmung der optimalen Kohlenstoffpfade und der Massnahmen, um auf diese zu gelangen. 8

9 Daten 9

10 Daten 10

11 Kohlenstoffquellen: Potential Beispiel: Holz Theoretisches Potential - bereits genutztes Potential - ökonomische und technische Einschränkungen = Gesamtes Potential [1] SCCER BIOSWEET: WSL-Bericht, 2017 Theoretisches Potential: 10.2 Mio. Tonnen [1] Bereits genutztes Potential: z.b. Möbel, Häuser 5.6 Mio. Tonnen [1] Ökonomische-technische Einschränkungen: z.b. abgelegene Orte 1.4 Mio. Tonnen [1] Gesamtes Potential: 3.2 Mio. Tonnen 11

12 Kohlenstoffquellen: Parameter Masse Unsicherheit (Masse) Massenanteil Kohlenstoff Energieinhalt pro Masse Kosten Unsicherheit (Kosten) [1] Annahmen der Forschergruppe von SCCER BIOSWEET / ZHAW [2] RMTM Renewable Methane for Transport and Mobility [3] SCCER BIOSWEET, WSL Beispiel: Holz Gesamtes Potential: 3.2 Mio. Tonnen Unsicherheit der Masse: 5% [1] Massenanteil Kohlenstoff: 50% [2] Energieinhalt pro Masse: MJ/kg [3] Kosten: [3] 1 CHF/GJ (Abfallholz) - 14 CHF/GJ (Waldholz) Unsicherheit Kosten: 10% [1] 12

13 Kohlenstoff Bedarf (heute und 2035) Elektrizität Licht Wärme (Hoch- und Niedertemperatur) Mobilität (Personen und Fracht) Kohlenstoffbasierte Chemikalien (z.b. Methanol, Aceton, ) Kunststoffe (PET, PE, PVC, PP, PS, PUR) 13

14 Umwandlungstechnologien Input: Strom Biomasse (holzig, nicht-holzig, Abfall, etc.) Kohlenstoffdioxid Output: Wasserstoff Treibstoff Kohlenstoffbasierte Chemikalien Beispiel: Holz, Fischer- Tropsch Input: Holz Output: Diesel Personenmobilität Frachttransport Kunststoffe 14

15 Umwandlungstechnologien: Parameter Referenzgrösse (GW) Investitionskosten (CHF / kw) Unterhaltskosten (CHF / kwhth / a) Technologie-spezifische Treibhausgasemissionen bei der Konstruktion (kg CO2-eq/MWhth) Lebensdauer (a) Beispiel: Holz, Fischer-Tropsch Referenzgrösse: 30 MW Investitionskosten: 2000 CHF/kW Unterhaltskosten: 38 CHF/kWh(th) pro Jahr Global warming potential: kg CO2-eq/MWhth Lebensdauer: 25 Jahre Von: S. Moret, Strategic energy planning under uncertainty,

16 Technologien 16

17 Inhaltsverzeichnis Einleitung Hintergrund Daten Modell Ausblick Modell: Kombination der Energieflüsse mit den Kohlenstoffflüssen. 17

18 Energy Scope Validierung (Jahr 2011) Quelle: S. Moret, "Strategic energy planning under uncertainty",

19 Energy conversion and technologies Sources: IPESE group, EPFL S. Moret, Strategic Energy Planning under uncertainty, 2017 Wet Biomass (Anaerobic digestion, Hydrothermal gasification, An. Digestion & ICE, PSA) Anaerobic Digestion (AN_DIG) BIOGAS Pressure Swing Absorption (PSA) NG CO 2 WET_BIO Anaerobic Digestion and Internal Combustion Engine (AN_DIG_SI) ELECTRICTY HEAT LOW TEMPERATURE NG Hydrothermal Gasification (HYDRO_GAS) ELECTRICITY HEAT LOW TEMPERATURE

20 Energy conversion and technologies Sources: [3] S. Moret, Strategic energy planning under uncertainty, p. 180, 2017 Wood (Fischer-Tropsch dry and Fischer-Tropsch wet, Gasification and Pyrolysis) FISCHER-TROPSCH WET DIESEL DRYER DRY WOOD FISCHER-TROPSCH DRY DIESEL HEAT WOOD PYROLYSIS LFO ELECTRICITY NG GASIFICATION SNG ELECTRICTY HEAT

21 Inhaltsverzeichnis Einleitung Hintergrund Daten Modell Ausblick Ausblick: Projektabschluss mit einer Präsentation am Freitag, 10. Mai 2019 in Rapperswil Anmeldung und Infos: 21

22 Ausblick Fragen? Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 22