Power-to-Liquid (PtL): Vergleich der Nutzung von PEM Elektrolyse und reversen Wasser-Gas Shift Reaktion oder SOEC co-Elektrolyse

Abstract

Einleitung Energieträger mit hohen volumetrischen Energiedichten werden im Flug-, Schiffs- und Schwerlastverkehr auch in Zukunft benötigt. Die PtL-Technologie bietet dabei eine Herstellungsoption. Am DLR wird diese Technologie hinsichtlich ihres technischen und wirtschaftlichen Potentials untersucht und bewertet. Methodik Es werden zwei Prozesskonzepte untersucht: Zum einen ein Konzept (K-PEM), welches auf in einer PEM Elektrolyse erzeugtem H2 basiert, der mit CO2 über die reverse Wasser-Gas Shift Reaktion zu Synthesegas reagiert. Zum anderen ein Konzept (K-SOEC) bei dem Synthesegas direkt mittels Hochtemperatur-co-Elektrolyse erzeugt wird. Bei beiden Konzepten wird das Synthesegas anschließend mittels Fischer-Tropsch Synthese zu langkettigen Kohlenwasserstoffen synthetisiert. Danach werden in einem Produktaufbereitungsschritt definierte Endprodukte für spezifische Anwendungen produziert. Für beide Prozesskonzepte wurde eine Fließbildsimulation erstellt. Dabei wurde die Kapazität auf einen H2-Eingangsstrom von 1GWLHV festgelegt. Ein Rückflusssystem erlaubt für beide Konzepte eine Erhöhung der Konversionsrate. Ergebnisse Die Power-to-Fuel Effizienz für das K-PEM-Konzept wurde zu 44,6% bestimmt, für das K-SOEC-Konzept beträgt diese 50,6%. Die Systemgrenze beinhaltet auch die Abtrennung von CO2 aus Rauchgasen. Die wirtschaftliche Betrachtung zeigt, dass die Investitionskosten für das K-PEM-Konzept 10% geringer sind, als die des K-SOEC. Dies ist durch die höheren Kosten für den SOEC-Elektrolyseur begründet. Für die Herstellungskosten gilt, dass diese für das K-SOEC-Konzept 5% niedriger sind. Dies ist durch die höhere Effizienz von SOEC-Elektrolyseuren begründet und den damit geringeren Stromkosten, die den Hauptkostentreiber für PtL-Technologien darstellen.