Power to gas ( PtG ) is a technology for producing hydrogen and methane using electricity, while power to liquids ( PtL ) is an electricity-based process for the generation of liquid fuels. Jointly with other so-called power-to-x technologies PtG and PtL make it possible to provide renewable energies for all applications. This position paper assesses the role and prospects of the power-to-gas/power-to-liquids (PtG/PtL) technology in a fully renewable energy system and identifies, in particular, the challenges for integration and further development of this technology in the ongoing transformation process, which should be addressed in the next few years. Veröffentlicht in Position.
In the course of the transformation to a greenhouse gas-neutral society in the second half of the 21st century, the use of synthetic energy carriers based on renewable electricity or biomass is under discussion. This project evaluates the environmental impacts of technical and logistical options for the generation of such energy carriers on the basis of environmental impact categories such as global warming potential, acidification or land use. The production of five products (Fischer-Tropsch fuels, methanol, synthetic natural gas, biomethane and hydrogen) was examined on the basis of various process steps/procedures and their current and future technical data. By using regional factors for Germany, Europe and the Mediterranean region - like the availability of renewable energy sources such as wind or PV and of raw materials such as carbon or water as well as transport routes to Germany - these processes were combined to form supply paths for these energy carriers. Using the life cycle assessment method, the environmental effects were analysed for today and 2050. In addition, the costs for plant construction and operation were estimated. As a result, synthetic energy carriers generally have a significantly lower global warming potential than today's fossil reference products due to the use of renewable energies. However, the production of electricity generation plants and associated economic processes - such as steel and cement production - can still make a relevant contribution to the global warming potential if they are not also greenhouse neutral. At the same time, it is this production of the necessary plants that leads to (sometimes significantly) increased burdens compared with the fossil reference in almost all other impact categories, most notably in terms of water and land use. This study therefore also provides indications of which environmental impacts must be further reduced in the future. Quelle: Forschungsbericht
In the course of the transformation to a greenhouse gas-neutral society in the second half of the 21st century, the use of synthetic energy carriers based on renewable electricity or biomass is under discussion. This project evaluates the environmental impacts of technical and logistical options for the generation of such energy carriers on the basis of environmental impact categories such as global warming potential, acidification or land use. The production of five products (Fischer-Tropsch fuels, methanol, synthetic natural gas, biomethane and hydrogen) was examined based on various process steps/procedures and their current and future technical data. By using regional factors for Germany, Europe, and the Mediterranean region - like the availability of renewable energy carriers such as wind or PV and of raw materials such as carbon or water as well as transport routes to Germany - these processes were combined to form supply paths for these energy carriers. Using the method of life cycle assessment, the environmental effects were analysed for today and 2050. In addition, the costs for plant construction and operation were estimated. The results show that synthetic energy carriers generally have a significantly lower global warming potential than today's fossil reference products due to the use of renewable energies. However, the production of electricity generation plants and associated economic processes - such as steel and cement production - can still make a relevant contribution to the global warming potential if they are not also greenhouse neutral. At the same time, it is this production of the necessary plants that leads to (sometimes significantly) increased burdens compared with the fossil reference in almost all other impact categories, most notably in terms of water and land use. This study therefore also provides indications of which environmental impacts must be further reduced in the future. Quelle: Froschungsbericht
Im Zuge der Transformation zu einer treibhausgasneutralen Gesellschaft in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts wird der Einsatz von synthetischen Energieträgern diskutiert, die auf erneuerbarem Strom oder Biomasse basieren. Dieses Vorhaben bewertet die Umweltwirkungen technischer und logistischer Optionen für die Bereitstellung solcher Energieträger anhand von Umweltwirkungskategorien wie Treibhauspotenzial, Versauerung oder Flächenbedarf. Auf Basis ausgewählter Prozessschritte/Verfahren und deren aktuellen und zukünftigen technischen Daten wurde die Herstellung von fünf Produkten (Fischer-Tropsch-Kraftstoffe, Methanol, synthetisches Erdgas, Biomethan und Wasserstoff) betrachtet. Die Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen wie Wind oder PV, von Rohstoffen wie Kohlenstoff oder Wasser sowie von Transportrouten nach Deutschland bildeten die Standortfaktoren für Deutschland, Europa und den Mittelmeerraum, mittels derer die Verfahren zu Bereitstellungspfaden für diese Energieträger kombiniert wurden. Mit der Methode der Ökobilanz wurden die Umwelteffekte heute und im Jahr 2050 analysiert sowie Kosten für die Anlagenerrichtung und den Betrieb geschätzt. Demnach weisen synthetische Energieträger aufgrund der Nutzung erneuerbarer Energien in der Regel ein deutlich niedrigeres Treibhauspotenzial als heutige fossile Referenzprodukte auf. Die Herstellung der Stromerzeugungsanlagen und damit verbundene Wirtschaftsprozesse - etwa die Stahl- und die Zementproduktion - können jedoch einen relevanten Beitrag zum Treibhauspotenzial leisten, wenn sie nicht ebenfalls treibhausneutral sind. Gleichzeitig führen vor allem die Herstellung der erforderlichen Anlagen gegenüber der fossilen Referenz zu (mitunter deutlich) erhöhten Belastungen in fast allen anderen Wirkungskategorien, insbesondere im Wasser- und Flächenbedarf. Diese Studie liefert somit auch Hinweise, welche Umweltwirkungen zukünftig weiter reduziert werden müssen. Quelle: Forschungsbericht
Im Zuge der Transformation zu einer treibhausgasneutralen Gesellschaft in der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts wird der Einsatz von synthetischen Energieträgern diskutiert, die auf erneuerbarem Strom oder Biomasse basieren. Dieses Vorhaben bewertet die Umweltwirkungen technischer und logistischer Optionen für die Bereitstellung solcher Energieträger anhand von Umweltwirkungskategorien wie Treibhauspotenzial, Versauerung oder Flächenbedarf. Auf Basis ausgewählter Prozessschritte/Verfahren und deren aktuellen und zukünftigen technischen Daten wurde die Herstellung von fünf Produkten (Fischer-Tropsch-Kraftstoffe, Methanol, synthetisches Erdgas, Biomethan und Wasserstoff) betrachtet. Die Verfügbarkeit erneuerbarer Energiequellen wie Wind oder PV, von Rohstoffen wie Kohlenstoff oder Wasser sowie von Transportrouten nach Deutschland bildeten die Standortfaktoren für Deutschland, Europa und den Mittelmeerraum, mittels derer die Verfahren zu Bereitstellungspfaden für diese Energieträger kombiniert wurden. Mit der Methode der Ökobilanz wurden die Umwelteffekte heute und im Jahr 2050 analysiert sowie Kosten für die Anlagenerrichtung und den Betrieb geschätzt. Demnach weisen synthetische Energieträger aufgrund der Nutzung erneuerbarer Energien in der Regel ein deutlich niedrigeres Treibhauspotenzial als heutige fossile Referenzprodukte auf. Die Herstellung der Stromerzeugungsanlagen und damit verbundene Wirtschaftsprozesse - etwa die Stahl- und die Zementproduktion - können jedoch einen relevanten Beitrag zum Treibhauspotenzial leisten, wenn sie nicht ebenfalls treibhausneutral sind. Gleichzeitig führen vor allem die Herstellung der erforderlichen Anlagen gegenüber der fossilen Referenz zu (mitunter deutlich) erhöhten Belastungen in fast allen anderen Wirkungskategorien, insbesondere im Wasser- und Flächenbedarf. Diese Studie liefert somit auch Hinweise, welche Umweltwirkungen zukünftig weiter reduziert werden müssen. Quelle: Forschungsbericht
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.2a, 3.1a und 3.2a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN Energy Solutions SE durchgeführt. Gasturbinenbasierte Energiewandlungsanlagen sind im kombinierten GuD-Prozess sowie in wärmegeführten KWK-Anlagen das Rückgrat der Energiewende. Durch das hohe Flexibilitätspotenzial (z.B. Start- und Stopp Zyklen, Teillastbetrieb, Off-Design Betrieb) und den hohen Wirkungsgrad des gekoppelten Prozesses tragen sie dazu bei, die fluktuierende Erzeugung aus dem stetig steigenden Anteil der erneuerbaren Energien zu kompensieren. Gas- und Dampfturbinen leisten im kombinierten Prozess somit einen wichtigen Beitrag zur Optimierung komplexer Gesamtenergiesysteme mit hohen Anforderungen an Flexibilität, Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Neben den flexiblen Fahrweisen bieten sie zusätzliche Optionen zur Unterstützung der Sektorenkopplung und für den Einsatz alternativer Kraftstoffe aus Power-to-X Anwendungen (z.B. steigende Anteile von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien, synthetisches Methan, usw.). Sie gewährleisten somit nicht nur eine sichere und zuverlässige Stromerzeugung, sondern tragen aufgrund der effizienteren Brennstoffausnutzung zur Senkung von Treibhausgasemissionen und Stickoxiden bei. Die geforderte Flexibilität geht dabei aber bei den heutigen Turbomaschinen einher mit höherem Verschleiß, großen Wirkungsgradeinbußen im Teillastbereich und einer verkürzten Lebensdauer. In den von der MAN Energy Solutions bearbeiteten Arbeitspaketen 1.2: 'Untersuchungen zum Einfluss der Oxidation und des Kriechens auf das bruchmechanische Verhalten', 3.1: 'Herstellung und aerodynamische Erprobung von additiv gefertigten Legierungen für neuartige Turbinenschaufeln' und 3.2: 'Thermo-fluiddynamisches Framework zur probabilistischen Auslegung von Gasturbinen' werden die Herausforderungen des Betriebs der Turbomaschinen im Verbund mit den Erneuerbaren und Stabilität, Lebensdauer und Effizienz im fluktuierenden Lastfolgebetrieb vertiefend angegangen.
Das Projekt "Teilvorhaben: 1.1a und 1.2a" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN Energy Solutions SE durchgeführt. Innovative Gasturbinen sind das Rückgrat der Energiewende. Durch das hohe Flexibilitätspotenzial (z. B. Start- und Stopp Zyklen, Teillastbetrieb, Off-Design Betrieb) tragen sie dazu bei, die fluktuierende Erzeugung aus dem stetig steigenden Anteil der erneuerbaren Energien zu kompensieren. Gasturbinen leisten in Kombination mit hochentwickelten Dampfturbinen zur Erzeugung von Strom und Wärme somit einen wichtigen Beitrag zur Optimierung komplexer Gesamtenergiesysteme mit hohen Anforderungen an Flexibilität, Versorgungssicherheit und Wirtschaftlichkeit. Neben den flexiblen Fahrweisen bieten sie zusätzliche Optionen zur Unterstützung der Sektorenkopplung und für den Einsatz alternativer Kraftstoffe aus Power-to-X Anwendungen (z. B. steigende Anteile von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien, synthetisches Methan, usw.) Hocheffiziente Gaskraftwerke im kombinierten Betrieb mit Dampfturbinen oder eingebunden in KWK-Anlagen tragen erheblich zur Reduktion von Treibhausgasen bei. Nach Umsetzung des Kohleausstiegs wird davon ausgegangen, dass ab 2038 die Deckung des Strombedarfs in Deutschland nur noch mit Erneuerbaren und Gas erfolgen wird. In dem Vorhaben 'InnoTurbinE' werden von der MAN gemeinsam mit ihren Partnern Arbeitspakete beantragt, die sich mit der effizienten und umweltverträglichen Verbrennung von Wasserstoff-angereicherten Brenngasen und der Technologieentwicklung zur energetischen Optimierung der Wasserstofferzeugung sowie der Aufbereitung von Wasserstoff für die Speicherung und den Transport befassen, um so wichtige Beiträge zum übergeordneten Arbeitspaket 1 'H2-Wirtschaft' des Gesamtverbundprojektes zu liefern.
Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP), Lehrstuhl für Energiewirtschaft durchgeführt. Aufgrund der ambitionierten europäischen und nationalen Klimaschutzziele befindet sich Deutschland In einem Umbau der Energieversorgung. Dieser Umbauprozess soll die Dekarbonisierung des Stromsektors gewährleisten und dabei die Aspekte einer hohen Versorgungssicherheit sowie einer kostengünstigen Energieversorgung berücksichtigen. Eine zeitgleiche und weitgehende Dekarbonisierung des Stromsektors kann die Versorgungssicherheit in Süddeutschland gefährden, weil die erneuerbaren Strom-erzeugungszentren besonders im Norden der Bundesrepublik, große Nachfragezentren aber auch in Suddeutschland liegen. Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Forschungs-vorhabens ist die Untersuchung der langfristigen Versorgungssicherheit in Süddeutschland unter Berücksichtigung des europäischen Auslandes. Ökonomisch und klimapolitisch bedingte Kraftwerksstilllegungen und mögliche Engpässe im deutschen Übertragungsnetz sollen ebenfalls bzgl. ihrer Rolle für die Versorgungssicherheit analysiert werden. Dabei werden besonders die Akzeptanz der Bevölkerung, Lastflexibilisierungsmaßnahmen, Speichertechnologien und die Entwicklung der Stromnachfrage, die bei Sektorkopplung u. a. durch die Ausbreitung der Power-to-X-Technologien und der Elektromobilität zunehmen kann, betrachtet. Für die umfangreiche und detaillierte Analyse der Versorgungssicherheit werden drei Modelle aus zwei Instituten gekoppelt. Durch mehrere Iterationen dieser Modelle können robuste Ergebnisse ermittelt werden, die u. a. einen Kapazitätsausbau sowie einen entsprechenden Netzausbau enthalten. Auf dieser Basis sollen Auswertungen zur Versorgungssicherheit in Süddeutschland vorgenommen und Handlungsempfehlungen abgeleitet werden.
Das Projekt "Virtuelles Institut NRW: Strom zu Gas und Wärme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. durchgeführt. Die Transformation der deutschen Energieversorgung im Rahmen der Energiewende stellt eine enorme Herausforderung dar. Oberstes Ziel ist der Klimaschutz bei gleichzeitiger Sicherstellung der Versorgungssicherheit durch bezahlbare technische Lösungen, die die volatilen erneuerbaren Energien sicher in die Netze integrieren. Um diese Ziele erreichen zu können sind verschiedene Lösungsansätze notwendig, die sowohl einer Flexibilisierung auf Seiten der Erzeuger als auch der Verbraucher bedürfen. Eine verstärkte Kopplung der verschiedenen Sektoren, wie z.B. Strom, Gas und Wärme, Industrie oder Mobilität, rückt dabei immer weiter in den Fokus der Forschung. Eine zunehmende Bedeutung haben dabei Flexibilitätsoptionen, wie zum Beispiel Demand-Side-Management (DSM), Power-to-Heat (PtH), Power-to-Gas (PtG) oder auch die Erzeugung von chemischen Produkten (PtC) oder Kraftstoffen (PtF) aus Überschussstrom. Gemeinsam wird diese vielseitige Technologiefamilie häufig als Power-to-X abgekürzt. Das Virtuelle Institut 'Strom zu Gas und Wärme' untersucht im Auftrag der nordrhein-westfälischen Landesregierung die Integration dieser Flexibilitätsoptionen vor dem Hintergrund des Energiemarktes, der Netzstabilität und des zunehmend zusammenwachsenden Gesamtsystems und leitet daraus Handlungsempfehlungen für Wissenschaft, Wirtschaft und Industrie ab.
Das Projekt "Teilvorhaben T1-2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg, Forschungsstelle für Energiespeicher und Energienetze durchgeführt. Im Kopernikus-Projekt für die Energiewende 'P2X' werden Technologien erforscht, die zur effizienten Speicherung und Verteilung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie dienen können. Der Fokus liegt dabei auf der elektrochemischen Umwandlung des Stroms in stoffliche Energieträger und chemischen Rohstoffe mithilfe von Power-to-X-Prozessen. FENES entwickelt in Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule München (TUM) ein Energiesystemmodell, dass die Untersuchung der vom P2X-Konsortium ausgewählten Power-to-X-Technologiepfaden (PtX) hinsichtlich Auswirkungen auf die Volkswirtschaft, das Energiesystem und den Klimaschutz ermöglicht. Ergänzend dazu werden im Modell PtX-Technologien abgebildet, die bisher nicht in P2X abgedeckt sind. Dies sind beispielsweise Power-to-Heat oder Pfade zur Kopplung der Sektoren Strom und nicht-energetischer Verbrauch. Im bestehenden FENES-Energiemodell, dass im Rahmen von SPIKE (Systemanalyse und -integration Power-to-X im Kontext von erneuerbarer Elektrizität als Primärenergie) entwickelt wurde, wird das Energiesystem bisher ohne eine Ortsauflösung, Energienetze und den Austausch mit den europäischen Nachbarländern abgebildet. Auch werden Flexibilitätsoptionen und Energiespeicher nur vereinfacht modelliert. Aus diesem Grund wird das Energiemodell für das Verbundvorhaben 'P2X-2' entsprechend angepasst. Die Ortsauflösung erfolgt dabei anhand einer Aufteilung der Landkarte Deutschlands in definierte Raster. In diesen Rastern finden die Modellierung der fluktuierenden erneuerbaren Erzeugung und der Lastprofile in den Verbrauchssektoren statt. Als Flexibilitätsoptionen werden sowohl zeitliche und örtliche Anpassungen von PtX-Technologien als auch Prozesse der energieintensiven Industrie betrachtet. Als Energiespeicher werden gängige Kurz- und Langzeitspeicher integriert. Darüber hinaus werden Schnittstellen im Modell geschaffen, die es ermöglichen mit einem Netzmodell und einem Modell für den europäischen Stromaustausch der TUM zu interagieren. Auf Basis der Modellierungsergebnisse können die jeweiligen Power-to-X-Verfahren hinsichtlich ihres Nutzens für den Klimaschutz und die Energiewende untersucht und die vielversprechendsten Pfade identifiziert werden. Zudem können die Auswirkungen des Einsatzes der Power-to-X-Technologien im Energiesystem untersucht werden.
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