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Nachhaltige Nutzung von elektrischer Überschussenergie aus regenerativen Quellen

Durch die Einführung erneuerbarer Energiequellen wird in zukünftigen Energiesystemen eine zeitabhängige Diskrepanz zwischen Stromerzeugung und Nachfrage erwartet. Somit kommt es an Standorten mit einer großen Dichte an vielen Photovoltaik- und Windkraftanlagen zu Stromüberschüssen, wenn die Sonne scheint beziehungsweise der Wind stark weht. Die Produktion dieses überschüssigen Stroms ermöglicht die kostengünstige Herstellung von Wasserstoff mit Hilfe der Elektrolyse. Dieser Wasserstoff kann entweder direkt verwendet oder zu flüssigen Brennstoffen und chemischen Rohstoffen umgewandelt werden. Die beiden letztgenannten Optionen ermöglichen die Wasserstoffspeicherung und den Transport immer dann, wenn keine Infrastruktur für Wasserstoff oder Verbraucher am Ort der Elektrolyseanlage vorhanden sind.

Da die Quellen für erneuerbare Energien dezentral auftreten und im Vergleich zu Anlagen, die sich fossiler Brennstoffe bedienen, eine kleinere Stromerzeugungskapazität besitzen, sind die heutzutage bestehenden chemischen Syntheseanlagen nur für weitreichendere Kapazitäten konzipiert. Die dezentrale Erzeugung von überschüssigem Strom erfordert jedoch die Entwicklung künftiger kleinerer Chemieanlagen, die einen flexiblen Betrieb im kleinen Maßstab (< 100 MW) ermöglichen und somit für schnelle Lastrampen und Teillast geeignet sind, um ihre Produktionsrate an das schwankende Stromangebot aus den erneuerbaren Energiequellen adaptieren zu können.

Verschiedene Syntheseprodukte und Wasserstoff-Träger sind in der Literatur diskutiert. Als mögliche Produkte für die Verwertung von Wasserstoff aus lokaler Überproduktion erneuerbarer Energien kommen nur flüssige Energieträger in Frage, da diese einfacher gespeichert und transportiert werden können. Außerdem muss eine Kohlenstoffquelle identifiziert werden, die im Einklang mit dem eingesetzten Wasserstoff steht und mit der Auswahl an Syntheserouten kompatibel ist.

In der Arbeitsgruppe „Biomasse und nachhaltige Erzeugung von Plattformchemikalien“ beschäftigen wir uns deshalb im Rahmen des Campus „Future Energy Systems“ in Kooperation mit der SIEMENS AG mit der Entwicklung eines Prozesses zur Umsetzung von Wasserstoff mit einer geeigneten Kohlenstoffquelle zu flüssigen Kraftstoffen. Dieser sollte für eine breite Rohstoffbasis geeignet und dynamisch betreibbar sein, um möglichst effizient an eine schwankende Synthesegasmenge angepasst zu sein. Das hergestellte Produkt steht dann als nachhaltig erzeugte Plattformchemikalie zur Verfügung. Nähere Informationen zu diesem Projekt finden Sie unter http://www.campus-fes.com/.