Die Kohlen aus dem Feuer holen Der Energierohstoff Braunkohle, vom Energieträger zum Kohlenstoffträger

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1 Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen Professur EVT Die Kohlen aus dem Feuer holen Der Energierohstoff Braunkohle, vom Energieträger zum Kohlenstoffträger Impulse für die Innovationsregion Rheinisches Revier - Gute Ideen, Rohstoffe intelligenter zu nutzen Vortrag: Prof. Dr.-Ing. Bernd Meyer 20. September 2014, Schloss Bedburg in Bedburg

2 Gliederung I. Energierohstoff-Prognose II. Kohlenstoffträger vs. Energieträger III. Perspektive für die Braunkohle 2

3 Weltenergiesystem und Prognose bis 2035 Weltenergiesystem 2010 in Mio. toe Weltweiter Primärenergieverbrauch bis è Kohle zu 2/3 für Stromerzeugung Erwartungen 2035: Stagnation Erdölförderung Erdgas vor Kohle Energieträger Nr. 2 Primärenergiebedarf in Mtoe * Beinhaltet traditionelle und moderne Biomassenutzung Kohle Öl Gas Nuklear Wasser Biomasse* andere Regenerierbare Quelle: IEA World Energy Outlook

4 Stromerzeugung in Deutschland Stromerzeugung nach Energieträger Erzeugte elektrische Arbeit in TWh Übrige Übrige Erneuerbare * Erneuerbare * Heizöl Gas Heizöl Kernenergie Gase Braunkohle Kernenergie Braunkohle Steinkohle Steinkohle Quelle: AG Energiebilanzen, Stand: *) inkl. Windkraft, Wasserkraft, Biomasse, Photovoltaik und Hausmüll Freiwerdende Braunkohle steht für stoffliche Nutzung zur Verfügung Energiekonzept der Bundesregierung TWh (el.) Mio. t Bruttostrom Braunkohle (in TWh) 1 Braunkohle für Versorgung (in Mio. t) 2 0 1: Durchschnittswerte der acht Zielszenarien im Energiekonzept der Bundesregierung 2010 (bei konstantem Wirkungsgrad). 2: Hochrechnung auf Basis der Fördermenge von 2008 (175,3 Mio. t) und der Durchschnittswerte der Zielszenarien im Energiekonzept. 4

5 Struktur der Energierohstoff-Nutzung in Deutschland 2012 Primärenergieverbrauch 2012 Braunkohle ** Steinkohle * Erdgas energetisch stofflich Erdöl Verbrauch in Mio. t bzw. für Erdgas in Mrd. m³ *) Steinkohleeinsatz in Stahlindustrie **) für Montanwachs und Aktivkoks Quellen: BGR 2012, MWV 2012, BWK 04/2013 u.a. Bi-funktionelle Nutzung der Energierohstoffe Energieträger Ca. 89 % für Strom, Wärme und Kraftstoffe Generell substituierbar! Kohlenstoffträger Ca. 11 % für stoffliche Nutzung (64 % Grundchemikalien, 36 % Metallurgie) Nur partiell substituierbar! CO 2 -Emission Braunkohle 410 kg/mwh(th,h u ) 200 kg/mwh(th,h u ) 5

6 Preisentwicklung für Erdöl, Erdgas und Kohle Prognose des Erdölpreises Erdgas- und Kohlepreis im Verhältnis zu Öl Ölpreis ~120 USD/bbl Gas (EU) Gas (JPN) Gas (USA) Kohle (OECD) Quelle: IEA World Energy Outlook 2012 Erwartungen 2035: è CO 2 -Steuer 45 USD/t è Kohle steht regional im Wettbewerb mit Erdöl 6

7 Braunkohle im Vergleich zu Erdöl Mars-van-Krevelen-Diagramm Olefine Stoffliche Charakterisierung H/C O/C Braunkohle 1 1,1 0,16 Prozess à Produkt Extraktion à Montanwachs 1,5 <0,1 Pyrolyse à Schwelteer 1,4 <0,1 Katalytische Spaltung à BTX à Phenole 1 1,25 1 0,0 0,16 Vergasung + Synthese à Methanol à DME à Olefine à H ,5 0 - Wandlungsschritte der Kohle zu Syntheseprodukte (ohne Stöchiometrie): C + O 2 + H 2 O CO + H 2 + CO 2 CH 3 OH Vergasung Synthese I Synthese II Folgeprodukt + H 2 O z. B.: Olefine, DME 7

8 CO 2 -Minderung durch Braunkohlenutzung als Kohlenstoffträger Einsatzstoffe Produkte Heute 100 % CO 2 Kohle + Sauerstoff 100 % CO 2 + Wasser Wärme/ C 1 H 0,80 O 0,06 + 1,1725 O 2 1,0 CO 2 + 0,405 H 2 O Strom Morgen 60 % CO 2 Dampf Kohle + Sauerstoff + 60 % CO (Shift) 2 + Syngas Methanol*, Kraftstoffe* C 1 H 0,80 O 0,06 + 0,56875 O 2 + 0,4 H 2 O 0,6 CO 2 + 0,4 CO + 0,8 H 2 Übermorgen 0 % CO 2 Kohle + Sauerstoff + EE-H 2 0 % CO 2 + Syngas C 1 H 0,80 O 0,06 + 0,47 O 2 + 1,6 H 2 + CO + 2 H 2 Übermorgen 0 % CO 2 durch direkte Stromeinkopplung Kohle + Dampf + Methanol, Olefine 2,6 H 2 + CO + 3H 2 SNG Wärme + (Strom) 0 % CO 2 + Syngas z. B. Oxoprodukte C 1 H 0,80 O 0,06 + 0,94 H 2 O + Wärme + 1 CO + 1,34 H 2 * Diese Synthesen weichen von der hier dargestellten ausschließlich stöchiometrischen Betrachtungsweise in unterschiedlichem Maßstab ab. Nicht erfasst sind prozessbedingte CO -Produktionen, spezifische Produktausbeuten und der Einfluss von Katalysatoren. 8

9 Perspektive der Braunkohlenutzung Stromportfolio + Kohlenutzung Konzepte EE-Strom und EE-H 2 Kohlenstoffträger Energieträger Annex-Konzepte und Polygeneration Maximale stoffliche Nutzung zur Speicherung CO 2 90 % Energieträger vs. 10 % Kohlenstoffträger zur chemischen Nutzung Kraftwerk mit Annex- Syntheseanlage Chemikalienmarkt FT-Kraftstoffe 20 % Energieträger vs. 80 % Kohlenstoffträger Chemiegeführtes Kraftwerk Kohle Synthesegaserzeugung & Gasaufbereitung Synthese Methanol SNG Kraftsoffe Chemikalien Ammoniak Wasserstoff Strom Wärme Kraftwerksblock Polygeneration Stromerzeugung Coal-to-Liquids Wachs- haltige Kohle Extraktion Extraktions- rückstand Spezialchemikalien Katalytische Pyrolyse Koks Vergasung Synthesegas Strommarkt 9

10 Syntheseprodukte aus Braunkohle aus 10 Mio. t Rohbraunkohle: Rohstoffmix der organischen Chemie, Deutschland 2011 Angaben in Mio. t Synth. Erdgas: 2,0 Mrd. m³/a à ca. 2,0 % der dt. Nachfrage Benzin: 0,95 Mio. t/a à ca. 3,5 % der dt. Nachfrage Olefine: 0,95 Mio. t/a à ca. 11 % der dt. Nachfrage Kohle,' 0,4' NAWARO,' 2,7' Erdgas,' 3,2' 21,6 Erdöl,' 15,3' VCI (2014): Rohstoffbasis der chemischen Industrie 10

11 Die Vision: Vom Kohlenstoff- zum Metallkreislauf I Konventionelles Kraftwerk + EE-Strom II Synthesegasannex zum Kraftwerk III Integration EE-H 2 INNOVATION IN CARBON IV CO 2 -Synthesen V Kopplung von C- und Me-Kreislauf 11

12 Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen Professur EVT Braunkohle ein unverzichtbarer Energie- und Kohlenstoffträger Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Glück Auf!

13 Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen Professur EVT Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Bernd Meyer TU Bergakademie Freiberg Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen Fuchsmühlenweg 9 (Reiche Zeche) D Freiberg Telefon: Fax: evt@iec.tu-freiberg.de 13