Power-to-X for the future fuels supply - Techno economic evaluation and system analysis

Kurzfassung

Eine Möglichkeit zur Dekarbonisierung des Verkehrs- und Industriesektors ist die Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen aus erneuerbaren Quellen. Die dafür benötigte Technologie ist bereits in Form der Fischer-Tropsch Synthese und anderen Syntheseverfahren vorhanden und wird bereits weltweit kommerziell eingesetzt. Die Herstellung synthetischer Kohlenwasserstoffe mit geringem CO2-Fußabdruck erfordert eine erneuerbare Energie- und Kohlenstoffquelle. Vergleicht man die technischen Potentiale der erneuerbaren Energien in Deutschland, so wird deutlich das der Energiebedarf für die Herstellung signifikanter Mengen an erneuerbaren, synthetischen Kohlenwasserstoffe nur durch die Einsatz von grünem Strom in Deutschland möglich ist. Dies führt zu den sogenannten Power-to-X Konzepten, welche eine Sektorkopplung zwischen Strom- und Kraftstoffmarkt bzw. der Industrie vorsieht. Einsetzbare grüne Kohlenstoffquellen sind dabei neben der Nutzung von CO2 aus der Luft die Verwertung von CO2 reichen Industrieabgasen aus der Industrie und der Energiewirtschaft. Hierbei ist allerdings zu bewerten, inwiefern dies den ökologischen Fußabdruck der synthetischen Kohlenwasserstoffe beeinflusst. Am deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wurden PtX-Konzepte für die Luftfahrt und den bodengebundenen Verkehr untersucht und bewertet. Der Fokus liegt dabei neben der Entwicklung neuer Herstellungsverfahren auf der ökonomischen und ökologischen Bewertung der Konzepte. Dafür werden die vielversprechendsten Herstellungsverfahren detailliert mit kommerzieller Fließbildsimulationssoftware abgebildet und techno-ökonomisch mit dem DLR-Tool TEPET (Techno-Economic Process Evaluation Tool) bewertet. Zielgrößen sind neben der Berechnung des energetischen Wirkungsgrads das technische Kraftstoffpotential für Deutschland, die Ermittlung der Herstellungskosten samt Kostensenkungspotentiale und der CO2 Fußabdruck. Bereits abgeschlossen wurde die techno-ökonomische Bewertung von verschiedenen Fischer-Tropsch Herstellungsrouten auf der Basis von Biomasse, CO2 und Strom. Ergebnisse zeigen, dass die politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen einen großen Einfluss auf die Herstellungskosten und den CO2-Fußabdruck haben. Detaillierte Ergebnisse wurden im Rahmen einer wissenschaftlichen Veröffentlichung publiziert1. Im Vortrag wird die Methodik zur ökonomischen und ökologischen Bewertung der PtX-Konzepte vorgestellt und die Ergebnisse für die Herstellung von synthetischen Kohlenwasserstoffen für die Luftfahrt und den bodengebundenen Verkehr präsentiert. Neben der allgemeinen Feststellung, dass die PtX-Konzepte unter den derzeitigen Rahmenbedingungen nicht wirtschaftlich sind, wird die Kostenstruktur im Detail analysiert und Möglichkeiten der Kostenreduktion erörtert. Daraus lassen sich die derzeitigen und die perspektivischen CO2- Vermeidungskosten gegenüber fossilen Kraftstoffen ermitteln.