Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ermittlung der technischen und wirtschaftlichen Voraussetzungen für den Betrieb von chemischen Speichertechnologien in einem Unternehmensverbund

Das Ziel ist es, innovative Technologieansätze und Entwicklungspotenziale für kleinere Syntheseanlagen zur Produktion von Wasserstoff, Methan und Methanol unter Verwendung von Überschussstrom zu identifizieren. Diese sogenannten Power-to-X-Anlagen (Strom zu Brennstoff, Chemikalien, Wärme) sollen in einem Netzwerk dezentraler Anlagen zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen (EE) sowie industrieller Verbraucher in Zeiten hoher Verfügbarkeit elektrischer Energie betrieben werden.

Es ist vorgesehen, technische, energiewirtschaftliche und wirtschaftliche Daten durch Expertenbefragungen und Literaturrecherchen zu erheben. Für die Auswahl und Dimensionierung der Syntheseanlagen werden die Anforderungen beim Ein- und Ausspeichern sowie die mögliche Prozessintegration innerhalb eines fiktiven Unternehmensverbundes (Smart Grid) ermittelt. Die verfahrenstechnische Auslegung erfolgt auf Grundlage von Prozesssimulationen. Ermittelt werden auch energetische und ökologische Kennzahlen zur Verfahrensbewertung. Durch eine funktionsbezogene Prozessanalyse werden die Voraussetzungen der Wirtschaftlichkeit eines Smart-Grid-Ansatzes unter Einbeziehung von chemischen Speichertechnologien für Verbünde von KMU aus den Bereichen EE (Biogas, Photovoltaik, Windkraftanlagen) sowie Produktion geklärt. Darüber hinaus werden im Vorhaben die wirtschaftlichen, energiepolitischen und rechtlichen Rahmenbedingungen daraufhin analysiert, wie diese zu verändern wären, damit kleinere Syntheseanlagen im Verbund von kmU betriebs- und volkswirtschaftlich sinnvoll betrieben werden könnten.

Adressaten des Vorhabens sind vor allem kmU, die Energieanlagen unter Nutzung erneuerbarer Energien, stromintensive Produktionsprozesse oder Produktionsanlagen mit hohen prozessbedingten CO2-Emissionen betreiben. Die Ergebnisse des Vorhabens sind auch für Unternehmen aus dem Anlagen- und Apparatebau sowie der Energiewirtschaft interessant, die neue Verfahrenstechnik entwickeln.

Ergebniszusammenfassung:

Im IGF-Vorhaben wurden die Voraussetzungen ermittelt, unter denen sich der gemeinsame Betrieb von Power-to-Gas bzw. Power-to-Liquids-Anlagen in einen Verbund von Unternehmen energieintensiver Branchen und Betreibern von EE-Anlagen wirtschaftlich darstellen lässt. Bei der Bewertung der vielfältigen Technologien leistet das Vorhaben Unterstützung und erleichtert damit den KMU die Investitionsentscheidung. Dabei werden auch Informationen über die erwarteten Kosten für die CO2-Emissionen, die Entwicklung des Strompreises sowie die Verwertungsmöglichkeiten und erzielbaren Erlöse für die Syntheseprodukte H2, CH4 und CH3OH gegeben.

Durch die Aggregation des Jahresgangs für den Stromverbrauch von sieben Unternehmen verschiedener Branchen sowie der Stromerzeugung in einem Windpark sowie in PV-Anlagen wurde ein Stromprofil für die weiteren Analysen erzeugt und für die Dimensionierung von Speichertechnologien für volatil erzeugte elektrische Energie für verschiedene Szenarien genutzt. Durch die Normierung ist die Übertragbarkeit auf andere KMU gegeben. Anschließend wurden verschiedene Elektrolyseverfahren und Prozesse zur direkten Synthese von CH4 und CH3OH aus H2 und CO2 mithilfe der Prozess¬simulationssoftware Aspen Plus® modelliert und analysiert.

Basierend auf den Anlagendaten der Syntheseanlagen (Speicherkapazität, -leistung und

-auslastung) wurden schließlich die Betriebs- und Investitionskosten sowie die erzielbaren Erlöse durch die Verwertung der Synthese- und Koppelprodukte bestimmt. Bestimmt wurden auch die maximal zulässigen Kosten für die verschiedenen Speichermaterialien (H2, CH4 und CH3OH) für den Fall einer Brennstoffsubstitution im Unternehmensverbund. Zusätzlich wurden die heutigen und zukünftigen Gestehungskosten für die drei Syntheseprodukte unter den Bedingungen von drei Szenarien bestimmt und die Sensitivität auf die Anlagenauslastung, die Investitionskosten und den Strompreis untersucht.