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Fabrik\H2-DZ-2030

Wasserstoff-Elektrolyseur zur H2-Herstellung, inkl. Strombedarf für Wasseraufbereitung nach #1 Das gängige Verfahren ist die konventionelle alkalische Elektrolyse bei Temperaturen bis etwa 90°C und "leichtem" Überdruck bis etwa 10 bar. Druckelektrolyseure (ab etwa 30 bar) haben den Vorteil, den Kompressionsaufwand für den Pipelinetransport oder die Verflüssigung zu reduzieren; sie sind für 35 bis 100 bar verfügbar, aber aufwendig. Seit geraumer Zeit mit wechselnder Intensität in der Entwicklung sind Hochtemperatur(HT)elektrolyseure, bei denen der Strombedarf reduziert wird, indem die Dissoziationsenergie (Gibbs-Energie, Freie Enthalpie) des Wassers thermisch (T um 800°C) reduziert wird. Bei der Membranelektrolyse schließlich soll der Verbrauch durch direkt auf der Membran angebrachte Elektroden reduziert werden. Der Einfluss der Größe auf die Effizienz von Elektrolyseanlagen ist nach [LBST 2001] und [concawe 2006] gering. Zwischen zentralen und dezentralen Anlagen bestünde danach energetisch kein großer Unterschied. Die Datengenerierung orientiert sich am Konzept der Druckelektrolyse (#2 folgend Ausgangsdruck 30 bar), die bereits relativ ausgereift und effizient ist. Die drucklose Elektrolyse hat dagegen eine geringere Effizienz, die Hochtemperaturelektrolyse bedarf noch erheblicher Entwicklungsarbeit. Wichtige Literaturdaten und die hier abgeschätzten Rechenwerte sind in folgender Tabelle zusammengefasst. Erläuterungen Energieverbrauch: [Bossel et al. 2005] und [LBST 2001] dokumentieren und verwenden sehr ähnliche Werte. Die Rechenwerte orientieren sich wie folgt an den Quellen: zentral 2005: Maximum der Bandbreite 2020: Minimum der Bandbreite 2030: 2020 reduziert um die Hälfte der Reduktion 05/20 Verluste: über den Energieverbrauch erfasst Weitere Luftschadstoffemissionen: keine Betriebsstoffe, feste Reststoffe: Es werden wahrscheinlich zur Wasseraufbereitung geringe Menge verschiedener Chemikalien und bei der Elektrolyse selbst geringe Mengen KaOH eingesetzt. Mengenangaben dazu bzw. zu den Reststoffen liegen nicht vor. Hilfsweise wird der Einsatz an NaOH pro kg Cl2 bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse gemäß [ecoinvent 2004] angesetzt. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Flächenbedarf: [LBST 2001] enthält Flächenangaben, die hier für zentrale und dezentrale Anlagen und für alle Bezugsjahre identisch übernommen werden. Materialvorleistungen: [LBST 2001] gibt Massenangaben zu verfügbaren und in Entwicklung befindlichen Elektrolysemodulen (25 bzw. 11 t / 68 kg H2 / h) sowie für einen Puffer-Druckspeicher. Für die Bezugsjahre werden nur die Elektrolyseurmassen variiert (20, 15, 12,5 t). Mit Lebensdauer und Volllaststunden wird der Einsatz pro MJ berechnet. Die Materialanteile werden gemäß [ecoinvent 2004] für generische Chemieanlagen angesetzt. Kosteninformationen (Investitions- und Betriebskosten) Investitionskosten: In [Nitsch 2003] werden für alkalische Elektrolyseanlagen für "heute" (2003, hier = 2005) und 2020 Investitionskosten angegeben, die hier übernommen werden (Umrechnung Bezug Kapazität in Menge mit 25 Jahren Lebensdauer und 90% Verfügbarkeit). 2030 wird aus 2020 mit der Hälfte der Reduktion 2005/20 abgeschätzt. Betriebskosten: Es liegen keine Daten vor. In erster Näherung können sie aus dem Energieverbrauch und dem Personaleinsatz abgeschätzt werden. Für die Stromkosten werden für 2005 und 2020 die Mittelwerte Windkraft offshore küstennah und küstenfern jeweils für mittlere Windverhältnisse aus [DLR et al. 2004] angesetzt, 2030 wird gleich 2020 gesetzt. Für den Personalstundensatz wird der Wert nach [StatBA 2007] für den Sektor Energie- und Wasserversorgung angesetzt. Personaleinsatz (Personen je Anlage bzw. Durchsatz): Hierzu liegen keine direkten Informationen vor. Eine grobe Abschätzung erfolgt über den Personaleinsatz in der Stromerzeugung in Deutschland 2005 [BMWi 2007]: Arbeitszeit / MJ Brutto-Strom = Arbeitszeit / MJ H2. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Auslastung: 7000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Elektrizität Flächeninanspruchnahme: 8400m² gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 25a Leistung: 75MW Nutzungsgrad: 67,8% Produkt: Brennstoffe-Sonstige

Fabrik\H2-CA-2030

Wasserstoff-Elektrolyseur zur H2-Herstellung, inkl. Strombedarf für Wasseraufbereitung nach #1 Das gängige Verfahren ist die konventionelle alkalische Elektrolyse bei Temperaturen bis etwa 90°C und "leichtem" Überdruck bis etwa 10 bar. Druckelektrolyseure (ab etwa 30 bar) haben den Vorteil, den Kompressionsaufwand für den Pipelinetransport oder die Verflüssigung zu reduzieren; sie sind für 35 bis 100 bar verfügbar, aber aufwendig. Seit geraumer Zeit mit wechselnder Intensität in der Entwicklung sind Hochtemperatur(HT)elektrolyseure, bei denen der Strombedarf reduziert wird, indem die Dissoziationsenergie (Gibbs-Energie, Freie Enthalpie) des Wassers thermisch (T um 800°C) reduziert wird. Bei der Membranelektrolyse schließlich soll der Verbrauch durch direkt auf der Membran angebrachte Elektroden reduziert werden. Der Einfluss der Größe auf die Effizienz von Elektrolyseanlagen ist nach [LBST 2001] und [concawe 2006] gering. Zwischen zentralen und dezentralen Anlagen bestünde danach energetisch kein großer Unterschied. Die Datengenerierung orientiert sich am Konzept der Druckelektrolyse (#2 folgend Ausgangsdruck 30 bar), die bereits relativ ausgereift und effizient ist. Die drucklose Elektrolyse hat dagegen eine geringere Effizienz, die Hochtemperaturelektrolyse bedarf noch erheblicher Entwicklungsarbeit. Wichtige Literaturdaten und die hier abgeschätzten Rechenwerte sind in folgender Tabelle zusammengefasst. Erläuterungen Energieverbrauch: [Bossel et al. 2005] und [LBST 2001] dokumentieren und verwenden sehr ähnliche Werte. Die Rechenwerte orientieren sich wie folgt an den Quellen: zentral 2005: Maximum der Bandbreite 2020: Minimum der Bandbreite 2030: 2020 reduziert um die Hälfte der Reduktion 05/20 Verluste: über den Energieverbrauch erfasst Weitere Luftschadstoffemissionen: keine Betriebsstoffe, feste Reststoffe: Es werden wahrscheinlich zur Wasseraufbereitung geringe Menge verschiedener Chemikalien und bei der Elektrolyse selbst geringe Mengen KaOH eingesetzt. Mengenangaben dazu bzw. zu den Reststoffen liegen nicht vor. Hilfsweise wird der Einsatz an NaOH pro kg Cl2 bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse gemäß [ecoinvent 2004] angesetzt. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Flächenbedarf: [LBST 2001] enthält Flächenangaben, die hier für zentrale und dezentrale Anlagen und für alle Bezugsjahre identisch übernommen werden. Materialvorleistungen: [LBST 2001] gibt Massenangaben zu verfügbaren und in Entwicklung befindlichen Elektrolysemodulen (25 bzw. 11 t / 68 kg H2 / h) sowie für einen Puffer-Druckspeicher. Für die Bezugsjahre werden nur die Elektrolyseurmassen variiert (20, 15, 12,5 t). Mit Lebensdauer und Volllaststunden wird der Einsatz pro MJ berechnet. Die Materialanteile werden gemäß [ecoinvent 2004] für generische Chemieanlagen angesetzt. Kosteninformationen (Investitions- und Betriebskosten) Investitionskosten: In [Nitsch 2003] werden für alkalische Elektrolyseanlagen für "heute" (2003, hier = 2005) und 2020 Investitionskosten angegeben, die hier übernommen werden (Umrechnung Bezug Kapazität in Menge mit 25 Jahren Lebensdauer und 90% Verfügbarkeit). 2030 wird aus 2020 mit der Hälfte der Reduktion 2005/20 abgeschätzt. Betriebskosten: Es liegen keine Daten vor. In erster Näherung können sie aus dem Energieverbrauch und dem Personaleinsatz abgeschätzt werden. Für die Stromkosten werden für 2005 und 2020 die Mittelwerte Windkraft offshore küstennah und küstenfern jeweils für mittlere Windverhältnisse aus [DLR et al. 2004] angesetzt, 2030 wird gleich 2020 gesetzt. Für den Personalstundensatz wird der Wert nach [StatBA 2007] für den Sektor Energie- und Wasserversorgung angesetzt. Personaleinsatz (Personen je Anlage bzw. Durchsatz): Hierzu liegen keine direkten Informationen vor. Eine grobe Abschätzung erfolgt über den Personaleinsatz in der Stromerzeugung in Deutschland 2005 [BMWi 2007]: Arbeitszeit / MJ Brutto-Strom = Arbeitszeit / MJ H2. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Auslastung: 7000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Elektrizität Flächeninanspruchnahme: 8400m² gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2030 Lebensdauer: 25a Leistung: 75MW Nutzungsgrad: 70,4% Produkt: Brennstoffe-Sonstige

Fabrik\H2-CA-2020

Wasserstoff-Elektrolyseur zur H2-Herstellung, inkl. Strombedarf für Wasseraufbereitung nach #1 Das gängige Verfahren ist die konventionelle alkalische Elektrolyse bei Temperaturen bis etwa 90°C und "leichtem" Überdruck bis etwa 10 bar. Druckelektrolyseure (ab etwa 30 bar) haben den Vorteil, den Kompressionsaufwand für den Pipelinetransport oder die Verflüssigung zu reduzieren; sie sind für 35 bis 100 bar verfügbar, aber aufwendig. Seit geraumer Zeit mit wechselnder Intensität in der Entwicklung sind Hochtemperatur(HT)elektrolyseure, bei denen der Strombedarf reduziert wird, indem die Dissoziationsenergie (Gibbs-Energie, Freie Enthalpie) des Wassers thermisch (T um 800°C) reduziert wird. Bei der Membranelektrolyse schließlich soll der Verbrauch durch direkt auf der Membran angebrachte Elektroden reduziert werden. Der Einfluss der Größe auf die Effizienz von Elektrolyseanlagen ist nach [LBST 2001] und [concawe 2006] gering. Zwischen zentralen und dezentralen Anlagen bestünde danach energetisch kein großer Unterschied. Die Datengenerierung orientiert sich am Konzept der Druckelektrolyse (#2 folgend Ausgangsdruck 30 bar), die bereits relativ ausgereift und effizient ist. Die drucklose Elektrolyse hat dagegen eine geringere Effizienz, die Hochtemperaturelektrolyse bedarf noch erheblicher Entwicklungsarbeit. Wichtige Literaturdaten und die hier abgeschätzten Rechenwerte sind in folgender Tabelle zusammengefasst. Erläuterungen Energieverbrauch: [Bossel et al. 2005] und [LBST 2001] dokumentieren und verwenden sehr ähnliche Werte. Die Rechenwerte orientieren sich wie folgt an den Quellen: zentral 2005: Maximum der Bandbreite 2020: Minimum der Bandbreite 2030: 2020 reduziert um die Hälfte der Reduktion 05/20 Verluste: über den Energieverbrauch erfasst Weitere Luftschadstoffemissionen: keine Betriebsstoffe, feste Reststoffe: Es werden wahrscheinlich zur Wasseraufbereitung geringe Menge verschiedener Chemikalien und bei der Elektrolyse selbst geringe Mengen KaOH eingesetzt. Mengenangaben dazu bzw. zu den Reststoffen liegen nicht vor. Hilfsweise wird der Einsatz an NaOH pro kg Cl2 bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse gemäß [ecoinvent 2004] angesetzt. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Flächenbedarf: [LBST 2001] enthält Flächenangaben, die hier für zentrale und dezentrale Anlagen und für alle Bezugsjahre identisch übernommen werden. Materialvorleistungen: [LBST 2001] gibt Massenangaben zu verfügbaren und in Entwicklung befindlichen Elektrolysemodulen (25 bzw. 11 t / 68 kg H2 / h) sowie für einen Puffer-Druckspeicher. Für die Bezugsjahre werden nur die Elektrolyseurmassen variiert (20, 15, 12,5 t). Mit Lebensdauer und Volllaststunden wird der Einsatz pro MJ berechnet. Die Materialanteile werden gemäß [ecoinvent 2004] für generische Chemieanlagen angesetzt. Kosteninformationen (Investitions- und Betriebskosten) Investitionskosten: In [Nitsch 2003] werden für alkalische Elektrolyseanlagen für "heute" (2003, hier = 2005) und 2020 Investitionskosten angegeben, die hier übernommen werden (Umrechnung Bezug Kapazität in Menge mit 25 Jahren Lebensdauer und 90% Verfügbarkeit). 2030 wird aus 2020 mit der Hälfte der Reduktion 2005/20 abgeschätzt. Betriebskosten: Es liegen keine Daten vor. In erster Näherung können sie aus dem Energieverbrauch und dem Personaleinsatz abgeschätzt werden. Für die Stromkosten werden für 2005 und 2020 die Mittelwerte Windkraft offshore küstennah und küstenfern jeweils für mittlere Windverhältnisse aus [DLR et al. 2004] angesetzt, 2030 wird gleich 2020 gesetzt. Für den Personalstundensatz wird der Wert nach [StatBA 2007] für den Sektor Energie- und Wasserversorgung angesetzt. Personaleinsatz (Personen je Anlage bzw. Durchsatz): Hierzu liegen keine direkten Informationen vor. Eine grobe Abschätzung erfolgt über den Personaleinsatz in der Stromerzeugung in Deutschland 2005 [BMWi 2007]: Arbeitszeit / MJ Brutto-Strom = Arbeitszeit / MJ H2. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Auslastung: 7000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Elektrizität Flächeninanspruchnahme: 8400m² gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 25a Leistung: 75MW Nutzungsgrad: 67,8% Produkt: Brennstoffe-Sonstige

Fabrik\H2-DZ-2020

Wasserstoff-Elektrolyseur zur H2-Herstellung, inkl. Strombedarf für Wasseraufbereitung nach #1 Das gängige Verfahren ist die konventionelle alkalische Elektrolyse bei Temperaturen bis etwa 90°C und "leichtem" Überdruck bis etwa 10 bar. Druckelektrolyseure (ab etwa 30 bar) haben den Vorteil, den Kompressionsaufwand für den Pipelinetransport oder die Verflüssigung zu reduzieren; sie sind für 35 bis 100 bar verfügbar, aber aufwendig. Seit geraumer Zeit mit wechselnder Intensität in der Entwicklung sind Hochtemperatur(HT)elektrolyseure, bei denen der Strombedarf reduziert wird, indem die Dissoziationsenergie (Gibbs-Energie, Freie Enthalpie) des Wassers thermisch (T um 800°C) reduziert wird. Bei der Membranelektrolyse schließlich soll der Verbrauch durch direkt auf der Membran angebrachte Elektroden reduziert werden. Der Einfluss der Größe auf die Effizienz von Elektrolyseanlagen ist nach [LBST 2001] und [concawe 2006] gering. Zwischen zentralen und dezentralen Anlagen bestünde danach energetisch kein großer Unterschied. Die Datengenerierung orientiert sich am Konzept der Druckelektrolyse (#2 folgend Ausgangsdruck 30 bar), die bereits relativ ausgereift und effizient ist. Die drucklose Elektrolyse hat dagegen eine geringere Effizienz, die Hochtemperaturelektrolyse bedarf noch erheblicher Entwicklungsarbeit. Wichtige Literaturdaten und die hier abgeschätzten Rechenwerte sind in folgender Tabelle zusammengefasst. Erläuterungen Energieverbrauch: [Bossel et al. 2005] und [LBST 2001] dokumentieren und verwenden sehr ähnliche Werte. Die Rechenwerte orientieren sich wie folgt an den Quellen: zentral 2005: Maximum der Bandbreite 2020: Minimum der Bandbreite 2030: 2020 reduziert um die Hälfte der Reduktion 05/20 Verluste: über den Energieverbrauch erfasst Weitere Luftschadstoffemissionen: keine Betriebsstoffe, feste Reststoffe: Es werden wahrscheinlich zur Wasseraufbereitung geringe Menge verschiedener Chemikalien und bei der Elektrolyse selbst geringe Mengen KaOH eingesetzt. Mengenangaben dazu bzw. zu den Reststoffen liegen nicht vor. Hilfsweise wird der Einsatz an NaOH pro kg Cl2 bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse gemäß [ecoinvent 2004] angesetzt. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Flächenbedarf: [LBST 2001] enthält Flächenangaben, die hier für zentrale und dezentrale Anlagen und für alle Bezugsjahre identisch übernommen werden. Materialvorleistungen: [LBST 2001] gibt Massenangaben zu verfügbaren und in Entwicklung befindlichen Elektrolysemodulen (25 bzw. 11 t / 68 kg H2 / h) sowie für einen Puffer-Druckspeicher. Für die Bezugsjahre werden nur die Elektrolyseurmassen variiert (20, 15, 12,5 t). Mit Lebensdauer und Volllaststunden wird der Einsatz pro MJ berechnet. Die Materialanteile werden gemäß [ecoinvent 2004] für generische Chemieanlagen angesetzt. Kosteninformationen (Investitions- und Betriebskosten) Investitionskosten: In [Nitsch 2003] werden für alkalische Elektrolyseanlagen für "heute" (2003, hier = 2005) und 2020 Investitionskosten angegeben, die hier übernommen werden (Umrechnung Bezug Kapazität in Menge mit 25 Jahren Lebensdauer und 90% Verfügbarkeit). 2030 wird aus 2020 mit der Hälfte der Reduktion 2005/20 abgeschätzt. Betriebskosten: Es liegen keine Daten vor. In erster Näherung können sie aus dem Energieverbrauch und dem Personaleinsatz abgeschätzt werden. Für die Stromkosten werden für 2005 und 2020 die Mittelwerte Windkraft offshore küstennah und küstenfern jeweils für mittlere Windverhältnisse aus [DLR et al. 2004] angesetzt, 2030 wird gleich 2020 gesetzt. Für den Personalstundensatz wird der Wert nach [StatBA 2007] für den Sektor Energie- und Wasserversorgung angesetzt. Personaleinsatz (Personen je Anlage bzw. Durchsatz): Hierzu liegen keine direkten Informationen vor. Eine grobe Abschätzung erfolgt über den Personaleinsatz in der Stromerzeugung in Deutschland 2005 [BMWi 2007]: Arbeitszeit / MJ Brutto-Strom = Arbeitszeit / MJ H2. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Auslastung: 7000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Elektrizität Flächeninanspruchnahme: 8400m² gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2020 Lebensdauer: 25a Leistung: 75MW Nutzungsgrad: 67,8% Produkt: Brennstoffe-Sonstige

Fabrik\H2-CA-2050

Wasserstoff-Elektrolyseur zur H2-Herstellung, inkl. Strombedarf für Wasseraufbereitung nach #1 Das gängige Verfahren ist die konventionelle alkalische Elektrolyse bei Temperaturen bis etwa 90°C und "leichtem" Überdruck bis etwa 10 bar. Druckelektrolyseure (ab etwa 30 bar) haben den Vorteil, den Kompressionsaufwand für den Pipelinetransport oder die Verflüssigung zu reduzieren; sie sind für 35 bis 100 bar verfügbar, aber aufwendig. Seit geraumer Zeit mit wechselnder Intensität in der Entwicklung sind Hochtemperatur(HT)elektrolyseure, bei denen der Strombedarf reduziert wird, indem die Dissoziationsenergie (Gibbs-Energie, Freie Enthalpie) des Wassers thermisch (T um 800°C) reduziert wird. Bei der Membranelektrolyse schließlich soll der Verbrauch durch direkt auf der Membran angebrachte Elektroden reduziert werden. Der Einfluss der Größe auf die Effizienz von Elektrolyseanlagen ist nach [LBST 2001] und [concawe 2006] gering. Zwischen zentralen und dezentralen Anlagen bestünde danach energetisch kein großer Unterschied. Die Datengenerierung orientiert sich am Konzept der Druckelektrolyse (#2 folgend Ausgangsdruck 30 bar), die bereits relativ ausgereift und effizient ist. Die drucklose Elektrolyse hat dagegen eine geringere Effizienz, die Hochtemperaturelektrolyse bedarf noch erheblicher Entwicklungsarbeit. Wichtige Literaturdaten und die hier abgeschätzten Rechenwerte sind in folgender Tabelle zusammengefasst. Erläuterungen Energieverbrauch: [Bossel et al. 2005] und [LBST 2001] dokumentieren und verwenden sehr ähnliche Werte. Die Rechenwerte orientieren sich wie folgt an den Quellen: zentral 2005: Maximum der Bandbreite 2020: Minimum der Bandbreite 2030: 2020 reduziert um die Hälfte der Reduktion 05/20 Verluste: über den Energieverbrauch erfasst Weitere Luftschadstoffemissionen: keine Betriebsstoffe, feste Reststoffe: Es werden wahrscheinlich zur Wasseraufbereitung geringe Menge verschiedener Chemikalien und bei der Elektrolyse selbst geringe Mengen KaOH eingesetzt. Mengenangaben dazu bzw. zu den Reststoffen liegen nicht vor. Hilfsweise wird der Einsatz an NaOH pro kg Cl2 bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse gemäß [ecoinvent 2004] angesetzt. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Flächenbedarf: [LBST 2001] enthält Flächenangaben, die hier für zentrale und dezentrale Anlagen und für alle Bezugsjahre identisch übernommen werden. Materialvorleistungen: [LBST 2001] gibt Massenangaben zu verfügbaren und in Entwicklung befindlichen Elektrolysemodulen (25 bzw. 11 t / 68 kg H2 / h) sowie für einen Puffer-Druckspeicher. Für die Bezugsjahre werden nur die Elektrolyseurmassen variiert (20, 15, 12,5 t). Mit Lebensdauer und Volllaststunden wird der Einsatz pro MJ berechnet. Die Materialanteile werden gemäß [ecoinvent 2004] für generische Chemieanlagen angesetzt. Kosteninformationen (Investitions- und Betriebskosten) Investitionskosten: In [Nitsch 2003] werden für alkalische Elektrolyseanlagen für "heute" (2003, hier = 2005) und 2020 Investitionskosten angegeben, die hier übernommen werden (Umrechnung Bezug Kapazität in Menge mit 25 Jahren Lebensdauer und 90% Verfügbarkeit). 2030 wird aus 2020 mit der Hälfte der Reduktion 2005/20 abgeschätzt. Betriebskosten: Es liegen keine Daten vor. In erster Näherung können sie aus dem Energieverbrauch und dem Personaleinsatz abgeschätzt werden. Für die Stromkosten werden für 2005 und 2020 die Mittelwerte Windkraft offshore küstennah und küstenfern jeweils für mittlere Windverhältnisse aus [DLR et al. 2004] angesetzt, 2030 wird gleich 2020 gesetzt. Für den Personalstundensatz wird der Wert nach [StatBA 2007] für den Sektor Energie- und Wasserversorgung angesetzt. Personaleinsatz (Personen je Anlage bzw. Durchsatz): Hierzu liegen keine direkten Informationen vor. Eine grobe Abschätzung erfolgt über den Personaleinsatz in der Stromerzeugung in Deutschland 2005 [BMWi 2007]: Arbeitszeit / MJ Brutto-Strom = Arbeitszeit / MJ H2. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Auslastung: 7000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Elektrizität Flächeninanspruchnahme: 8400m² gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2050 Lebensdauer: 25a Leistung: 75MW Nutzungsgrad: 70,4% Produkt: Brennstoffe-Sonstige

Fabrik\H2-DZ-2050

Wasserstoff-Elektrolyseur zur H2-Herstellung, inkl. Strombedarf für Wasseraufbereitung nach #1 Das gängige Verfahren ist die konventionelle alkalische Elektrolyse bei Temperaturen bis etwa 90°C und "leichtem" Überdruck bis etwa 10 bar. Druckelektrolyseure (ab etwa 30 bar) haben den Vorteil, den Kompressionsaufwand für den Pipelinetransport oder die Verflüssigung zu reduzieren; sie sind für 35 bis 100 bar verfügbar, aber aufwendig. Seit geraumer Zeit mit wechselnder Intensität in der Entwicklung sind Hochtemperatur(HT)elektrolyseure, bei denen der Strombedarf reduziert wird, indem die Dissoziationsenergie (Gibbs-Energie, Freie Enthalpie) des Wassers thermisch (T um 800°C) reduziert wird. Bei der Membranelektrolyse schließlich soll der Verbrauch durch direkt auf der Membran angebrachte Elektroden reduziert werden. Der Einfluss der Größe auf die Effizienz von Elektrolyseanlagen ist nach [LBST 2001] und [concawe 2006] gering. Zwischen zentralen und dezentralen Anlagen bestünde danach energetisch kein großer Unterschied. Die Datengenerierung orientiert sich am Konzept der Druckelektrolyse (#2 folgend Ausgangsdruck 30 bar), die bereits relativ ausgereift und effizient ist. Die drucklose Elektrolyse hat dagegen eine geringere Effizienz, die Hochtemperaturelektrolyse bedarf noch erheblicher Entwicklungsarbeit. Wichtige Literaturdaten und die hier abgeschätzten Rechenwerte sind in folgender Tabelle zusammengefasst. Erläuterungen Energieverbrauch: [Bossel et al. 2005] und [LBST 2001] dokumentieren und verwenden sehr ähnliche Werte. Die Rechenwerte orientieren sich wie folgt an den Quellen: zentral 2005: Maximum der Bandbreite 2020: Minimum der Bandbreite 2030: 2020 reduziert um die Hälfte der Reduktion 05/20 Verluste: über den Energieverbrauch erfasst Weitere Luftschadstoffemissionen: keine Betriebsstoffe, feste Reststoffe: Es werden wahrscheinlich zur Wasseraufbereitung geringe Menge verschiedener Chemikalien und bei der Elektrolyse selbst geringe Mengen KaOH eingesetzt. Mengenangaben dazu bzw. zu den Reststoffen liegen nicht vor. Hilfsweise wird der Einsatz an NaOH pro kg Cl2 bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse gemäß [ecoinvent 2004] angesetzt. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Flächenbedarf: [LBST 2001] enthält Flächenangaben, die hier für zentrale und dezentrale Anlagen und für alle Bezugsjahre identisch übernommen werden. Materialvorleistungen: [LBST 2001] gibt Massenangaben zu verfügbaren und in Entwicklung befindlichen Elektrolysemodulen (25 bzw. 11 t / 68 kg H2 / h) sowie für einen Puffer-Druckspeicher. Für die Bezugsjahre werden nur die Elektrolyseurmassen variiert (20, 15, 12,5 t). Mit Lebensdauer und Volllaststunden wird der Einsatz pro MJ berechnet. Die Materialanteile werden gemäß [ecoinvent 2004] für generische Chemieanlagen angesetzt. Kosteninformationen (Investitions- und Betriebskosten) Investitionskosten: In [Nitsch 2003] werden für alkalische Elektrolyseanlagen für "heute" (2003, hier = 2005) und 2020 Investitionskosten angegeben, die hier übernommen werden (Umrechnung Bezug Kapazität in Menge mit 25 Jahren Lebensdauer und 90% Verfügbarkeit). 2030 wird aus 2020 mit der Hälfte der Reduktion 2005/20 abgeschätzt. Betriebskosten: Es liegen keine Daten vor. In erster Näherung können sie aus dem Energieverbrauch und dem Personaleinsatz abgeschätzt werden. Für die Stromkosten werden für 2005 und 2020 die Mittelwerte Windkraft offshore küstennah und küstenfern jeweils für mittlere Windverhältnisse aus [DLR et al. 2004] angesetzt, 2030 wird gleich 2020 gesetzt. Für den Personalstundensatz wird der Wert nach [StatBA 2007] für den Sektor Energie- und Wasserversorgung angesetzt. Personaleinsatz (Personen je Anlage bzw. Durchsatz): Hierzu liegen keine direkten Informationen vor. Eine grobe Abschätzung erfolgt über den Personaleinsatz in der Stromerzeugung in Deutschland 2005 [BMWi 2007]: Arbeitszeit / MJ Brutto-Strom = Arbeitszeit / MJ H2. Es erfolgt keine Differenzierung nach Bezugsjahren (hohe Unsicherheiten des Basiswertes bei absehbar geringen Änderungen). Auslastung: 7000h/a Brenn-/Einsatzstoff: Elektrizität Flächeninanspruchnahme: 8400m² gesicherte Leistung: 100% Jahr: 2050 Lebensdauer: 25a Leistung: 75MW Nutzungsgrad: 67,8% Produkt: Brennstoffe-Sonstige

Natronlauge

Die Modellierung des Umweltprofils „Natronlauge“ umfasst die Aufwendungen und Emissionen der Herstellung einer 50 %igen wässrigen Natronlauge durch Chloralkali-Elektrolyse als Mix aus Diaphragma - (23,6 %) Amalgam - (18,2 %) und Membranverfahren (58,3 %). Import: 51638t Produktion: 3630614t

Markt für Chlor, gasförmig

technologyComment of chlor-alkali electrolysis, diaphragm cell (RER): In the diaphragm process, all reactions take place in only one cell. A diaphragm is used to separate the feed brine (anolyte) and the chlorine formed at the anode from the sodium hydroxide containing solution (catholyte) and the hydrogen formed at the cathode. Without the diaphragm being present during electrolysis, chlorine and hydrogen would form an explosive mixture and sodium hydroxide and chlorine would react to form sodium hypochlorite (NaOCl). Diaphragms used to be made from asbestos but up-todate technology allows for asbestos-free polymer-based diaphragms. Purified brine is fed to the anode compartment and percolates through the diaphragm into the cathode compartment. The percolation rate is controlled by a difference in liquid level between both compartments. At the anodes (metal oxide coated titanium), chlorine gas is formed which is collected and directed to further processing. Cathodes, where water decomposition takes place, are made of activated carbon steel. Catholyte leaving the cell, also called cell liquor, is a mixture of 10-12 wt.-% sodium hydroxide and 15-17 wt.-% sodium chloride in water. This solution is usually evaporated to 50 wt.-% NaOH. In this process, simultaneously most of the salt is removed by precipitation to a final residual of 1 wt.-%. The resulting salt is typically recirculated to brine preparation. The advantage of diaphragm cells is that the quality requirements for the brine and the electrical energy consumption are low. Disadvantageous are the high amount of thermal energy necessary for sodium hydroxide concentration and the comparably low quality of the produced sodium hydroxide and chlorine. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of chlor-alkali electrolysis, membrane cell (RER): In the membrane cell process, the anode and cathode compartments are separated by a perfluoropolymer cation-exchange membrane that selectively transmits sodium ions but suppresses the migration of hydroxyl ions (OH-) from the catholyte into the anolyte. Saturated brine flows through the anode compartment, where chlorine gas is produced at the anode. The electric field in the electrolysis cell causes hydrated sodium ions to migrate through the membrane into the cathode compartment. The cathode compartment is fed with diluted sodium hydroxide solution. Water is electrolysed at the cathode releasing gaseous hydrogen and hydroxyl ions, which combine with the sodium ions and thus increase the concentration of sodium hydroxide in the catholyte. Typically, the outlet concentration of sodium hydroxide is around 32 wt.-%. A part of the product stream is diluted with demineralised water to about 30 wt.-% and used as catholyte inlet. In some units, a more diluted 23 wt.-% NaOH solution is produced. In these cases, the inlet concentration is adjusted to 20-21 wt.-%. Usually the NaOH solution is evaporated to the marketable concentration of 50 wt.-% using steam. Depleted brine leaving the anode compartment is saturated with chlorine and is therefore sent to a dechlorination unit to recover the dissolved chlorine before it is resaturated with salt for recirculation. The advantages of the membrane cell technique are the very high purity of the sodium hydroxide solution produced and the comparably low energy demand. Disadvantages comprise the high requirements on brine purity, the need for sodium hydroxide evaporation to increase concentration, and the comparably high oxygen content in the produced chlorine. In general, multiple cell elements are combined into a single unit, called electrolyser, of whom the design can be either monopolar or bipolar. In a monopolar electrolyser, the anodes and cathodes of the cells are connected electrically in parallel, whereas in the bipolar design, they are connected in series. Therefore, monopolar electrolysers require high current and low voltage, whereas bipolar electrolysers require low current and high voltage. Since bipolar systems allow higher current densities inside the cells, investment and operating costs are usually lower than for monopolar systems. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of chlor-alkali electrolysis, mercury cell (RER): The mercury cell process comprises an electrolysis cell and a decomposer. Purified and saturated brine (25-28 wt.-% NaCl in water) is fed to the electrolysis cell on top of a film of mercury (Hg) flowing down the inclined base of the cell. The base of the cell is connected to the negative pole of a direct current supply forming the cathode of the cell. Anodes consisting of titanium coated with oxides of ruthenium and titanium are placed in the brine without touching the mercury film. At the anodes, chlorine gas is formed which is collected and directed to further processing. Due to a high overpotential of hydrogen at the mercury electrode, no gaseous hydrogen is formed; instead, sodium is produced and dissolved in the mercury as an amalgam (mercury alloy). The liquid amalgam is removed from the electrolytic cell and fed to a decomposer, where it reacts with demineralised water in the presence of a graphite-based catalyst to form sodium hydroxide solution and hydrogen. The sodium-free mercury is recirculated back into the cell. Cooling of hydrogen is essential to remove any water and mercury. The sodium hydroxide solution is very pure, almost free from chloride contamination and has usually a concentration of 50 %. Further treatment comprises cooling and removal of catalyst and mercury traces by centrifuges or filters. Advantages of the mercury cell process are the high quality of chlorine and the high concentration and purity of sodium hydroxide solution produced. The consumption of electric energy for electrolysis is, however, higher than for the other techniques and a high purity of the feed brine is required. Inherently, the use of mercury gives rise to environmental releases of mercury. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of potassium hydroxide production (RER): Potassium hydroxide is manufactured by the electrolysis of potassium chloride brine in electrolytical cells. Hydrogen and chlorine are withdrawn from the cell. The rest of the reaction mixture contains KOH, water, and unreacted potassium chloride. This reaction mixture is then concentrated in an evaporator. Most of the potassium chloride crystallizes by evaporation, and is recycled. After evaporation, the potassium hydroxide is precipitated. Potassium hydroxide, chlorine and hydrogen are obtained from potassium chloride brine according to the following reaction: 2 KCl + 2 H2O -> 2 KOH + Cl2 + H2 Reference: Jungbluth, N., Chudacoff, M., Dauriat, A., Dinkel, F., Doka, G., Faist Emmenegger, M., Gnansounou, E., Kljun, N., Schleiss, K., Spielmann, M., Stettler, C., Sutter, J. 2007: Life Cycle Inventories of Bioenergy. ecoinvent report No. 17, Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dübendorf, CH. technologyComment of sodium chloride electrolysis (RER): Sodium chloride electrolysis

Grundwasser: Quecksilber µg/l

Aufgrund seiner hohen Flüchtigkeit ist Quecksilber heute ubiquitär in der Umwelt verteilt, woran zunehmend Hg-organische Verbindungen ihren Anteil durch Bioalkylierung haben. Der anthropogen determinierte Anteil ist relativ gering, wobei lokale Einträge von großer Bedeutung sein können (SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL, 1998). Das trifft nach neueren Untersuchungen vor allem auch auf Hg-Emissionen aus Rohöl, Petroleum und Vergaserkraftstoffen in die Atmosphäre zu (WILHELM, 2001). Etwa 25 % des aufbereiteten Quecksilbers wird als Kathodenmaterial genutzt. Weiterhin wird es als Füllmaterial für Barometer und Thermometer, in Gasanalyseapparaturen, Hg-Dampflampen, für Trockenzellbatterien und teilweise auch noch bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse eingesetzt. Der Schwellenwert nach GrwV beträgt für Quecksilber 0,2 µg/l. Weitere Informationen zum Thema finden Sie hier .

Markt für Natriumhydroxid, ohne Wasser, in 50%igem Lösungszustand

technologyComment of chlor-alkali electrolysis, diaphragm cell (RER, RoW): In the diaphragm process, all reactions take place in only one cell. A diaphragm is used to separate the feed brine (anolyte) and the chlorine formed at the anode from the sodium hydroxide containing solution (catholyte) and the hydrogen formed at the cathode. Without the diaphragm being present during electrolysis, chlorine and hydrogen would form an explosive mixture and sodium hydroxide and chlorine would react to form sodium hypochlorite (NaOCl). Diaphragms used to be made from asbestos but up-todate technology allows for asbestos-free polymer-based diaphragms. Purified brine is fed to the anode compartment and percolates through the diaphragm into the cathode compartment. The percolation rate is controlled by a difference in liquid level between both compartments. At the anodes (metal oxide coated titanium), chlorine gas is formed which is collected and directed to further processing. Cathodes, where water decomposition takes place, are made of activated carbon steel. Catholyte leaving the cell, also called cell liquor, is a mixture of 10-12 wt.-% sodium hydroxide and 15-17 wt.-% sodium chloride in water. This solution is usually evaporated to 50 wt.-% NaOH. In this process, simultaneously most of the salt is removed by precipitation to a final residual of 1 wt.-%. The resulting salt is typically recirculated to brine preparation. The advantage of diaphragm cells is that the quality requirements for the brine and the electrical energy consumption are low. Disadvantageous are the high amount of thermal energy necessary for sodium hydroxide concentration and the comparably low quality of the produced sodium hydroxide and chlorine. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of chlor-alkali electrolysis, membrane cell (CA-QC, RER, RoW): In the membrane cell process, the anode and cathode compartments are separated by a perfluoropolymer cation-exchange membrane that selectively transmits sodium ions but suppresses the migration of hydroxyl ions (OH-) from the catholyte into the anolyte. Saturated brine flows through the anode compartment, where chlorine gas is produced at the anode. The electric field in the electrolysis cell causes hydrated sodium ions to migrate through the membrane into the cathode compartment. The cathode compartment is fed with diluted sodium hydroxide solution. Water is electrolysed at the cathode releasing gaseous hydrogen and hydroxyl ions, which combine with the sodium ions and thus increase the concentration of sodium hydroxide in the catholyte. Typically, the outlet concentration of sodium hydroxide is around 32 wt.-%. A part of the product stream is diluted with demineralised water to about 30 wt.-% and used as catholyte inlet. In some units, a more diluted 23 wt.-% NaOH solution is produced. In these cases, the inlet concentration is adjusted to 20-21 wt.-%. Usually the NaOH solution is evaporated to the marketable concentration of 50 wt.-% using steam. Depleted brine leaving the anode compartment is saturated with chlorine and is therefore sent to a dechlorination unit to recover the dissolved chlorine before it is resaturated with salt for recirculation. The advantages of the membrane cell technique are the very high purity of the sodium hydroxide solution produced and the comparably low energy demand. Disadvantages comprise the high requirements on brine purity, the need for sodium hydroxide evaporation to increase concentration, and the comparably high oxygen content in the produced chlorine. In general, multiple cell elements are combined into a single unit, called electrolyser, of whom the design can be either monopolar or bipolar. In a monopolar electrolyser, the anodes and cathodes of the cells are connected electrically in parallel, whereas in the bipolar design, they are connected in series. Therefore, monopolar electrolysers require high current and low voltage, whereas bipolar electrolysers require low current and high voltage. Since bipolar systems allow higher current densities inside the cells, investment and operating costs are usually lower than for monopolar systems. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process). technologyComment of chlor-alkali electrolysis, mercury cell (RER, RoW): The mercury cell process comprises an electrolysis cell and a decomposer. Purified and saturated brine (25-28 wt.-% NaCl in water) is fed to the electrolysis cell on top of a film of mercury (Hg) flowing down the inclined base of the cell. The base of the cell is connected to the negative pole of a direct current supply forming the cathode of the cell. Anodes consisting of titanium coated with oxides of ruthenium and titanium are placed in the brine without touching the mercury film. At the anodes, chlorine gas is formed which is collected and directed to further processing. Due to a high overpotential of hydrogen at the mercury electrode, no gaseous hydrogen is formed; instead, sodium is produced and dissolved in the mercury as an amalgam (mercury alloy). The liquid amalgam is removed from the electrolytic cell and fed to a decomposer, where it reacts with demineralised water in the presence of a graphite-based catalyst to form sodium hydroxide solution and hydrogen. The sodium-free mercury is recirculated back into the cell. Cooling of hydrogen is essential to remove any water and mercury. The sodium hydroxide solution is very pure, almost free from chloride contamination and has usually a concentration of 50 %. Further treatment comprises cooling and removal of catalyst and mercury traces by centrifuges or filters. Advantages of the mercury cell process are the high quality of chlorine and the high concentration and purity of sodium hydroxide solution produced. The consumption of electric energy for electrolysis is, however, higher than for the other techniques and a high purity of the feed brine is required. Inherently, the use of mercury gives rise to environmental releases of mercury. References: Euro Chlor (2013) An Eco-profile and Environmental Product Declaration of the European Chlor-Alkali Industry, Chlorine (The chlor-alkali process).

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