Techno-ökonomische Analyse der Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe unter Nutzung von H2 und CO2 aus industriellen Quellen

Abstract

Verfahren zur Erzeugung flüssiger synthetischer Kohlenwasserstoffe als Energieträger hoher Energiedichte für den Flug-, Schiffs- und Schwerlastverkehr rücken zunehmend in den Fokus. Im Rahmen einer Helmholtz-Energie-Allianz wird am DLR das „Power-to-Liquid“-Konzept analysiert. Dabei reagiert der mittels Elektrolyse aus regenerativem Strom produzierte Wasserstoff in der reversen Wasser-Gas-Shift-Reaktion mit CO2 zu Synthesegas. Das in einer Niedrigtemperatur-Fischer-Tropsch-Synthese erzeugte Syncrude kann in der anschließenden Produktaufbereitung zu definierten Fraktionen für spezifische Anwendungen verarbeitet werden. Der beschriebene Prozess wurde in Aspen Plus modelliert. Anschließend wurde die CO2-Abscheidung aus industriellen Quellen wärmetechnisch und stofflich in den Gesamtprozess integriert. 47% der eingesetzten elektrischen Energie wurden im oben beschriebenen Prozess in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Dabei wurde ein Kohlenstoffumsatz von 72 % erreicht. Es konnte gezeigt werden, dass die Abwärme des Syntheseprozesses den Wärmebedarf der CO2-Abscheidung deckt. Mittels Sensitivitätsanalysen wurde anschließend der Einfluss unterschiedlicher Betriebsbedingungen und Verschaltungsvarianten erfasst. Dabei konnten durch Erhöhung der Kettenwachstumswahrscheinlichkeit, Nutzung des Elektrolyse-sauerstoffs im Brenner sowie Vorwärmung der Brennerzuluft für den reversen Wasser-Gas-Shift-Reaktor eine Effizienzsteigerung im Gesamtprozess von 5 % erzielt werden. Gleichzeitig konnte der Umsatz um 8% erhöht werden. Auf Basis des Fließbildes wurde eine verfahrenstechnische Kostenschätzung durchgeführt. Zuerst wurden die Investitionskosten und Betriebskosten bestimmt und anschließend daraus die Herstellungskosten der Kohlenwasserstoffe ermittelt. Der Einfluss der Investitionskosten des Elektrolyseurs wurde neben dem Einfluss der Energiekosten und CO2-Kosten auf die Herstellungskosten untersucht.