{"id":150126,"date":"2024-09-04T07:35:00","date_gmt":"2024-09-04T05:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=150126"},"modified":"2024-09-03T16:27:27","modified_gmt":"2024-09-03T14:27:27","slug":"alkohol-als-speichermedium","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/alkohol-als-speichermedium\/","title":{"rendered":"Alkohol als Speichermedium"},"content":{"rendered":"\n\n
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\"Wasserstoff
Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen (H2<\/sub>) trifft im Methanolreaktor auf Kohlenstoffdioxid (CO2<\/sub>). Im Ergebnis entsteht Methanol (CH3<\/sub>OH), das sich als Energiespeicher nutzen oder direkt in der chemischen Industrie einsetzen l\u00e4sst. \u00a9 HZDR\/Blaurock Markenkommunikation<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Effiziente Speichertechnologien sind eine tragende S\u00e4ule eines regenerativen Energiesystems, um \u00fcbersch\u00fcssigen Strom zwischenzuspeichern. Methanol k\u00f6nnte in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle zukommen. Die gro\u00dfe Frage dabei ist, wie sich solche Power-to-Methanol-Systeme in eine k\u00fcnftige Infrastruktur der Erneuerbaren integrieren und wirtschaftlich betreiben lassen. Eine Antwort darauf hat Dr. Stefan Fogel vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) durch aufwendige Modellierung und umfangreiche Simulationen w\u00e4hrend seiner Dissertation gefunden.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die unstete Verf\u00fcgbarkeit von Sonne und Wind stellt ein zuk\u00fcnftiges Energiesystem, das auf erneuerbaren Quellen beruht, vor gro\u00dfe Herausforderungen. Herrschen beste Wetterbedingungen, wird mitunter mehr Strom generiert, als das Netz abnehmen kann. Damit die Anlagen dann nicht gedrosselt werden m\u00fcssen, sind kluge Speicherl\u00f6sungen gefragt. Eine davon k\u00f6nnte Power-to-Methanol sein. Mit dieser wird \u00dcberschussstrom aus Solaranlagen oder Windparks zuerst in Wasserstoff und dann zusammen mit Kohlendioxid-Emissionen aus Industrieprozessen in den einfachsten Vertreter der Alkohole umgewandelt.<\/p>\n\n\n\n

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\u201eMethanol ist ein sehr guter Energiespeicher und hat auf das Volumen bezogen im Vergleich zu Wasserstoff eine viel h\u00f6here Energiedichte\u201c, sagt Dr. Stefan Fogel<\/strong> vom\u00a0HZDR-Institut f\u00fcr Fluiddynamik<\/a>. \u201eAls Fl\u00fcssigkeit l\u00e4sst es sich auch wesentlich einfacher transportieren und speichern.\u201c <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Das macht den Alkohol einerseits zu einem idealen Speichermedium. Andererseits ist er aber auch ein wichtiger Grundstoff in der Chemieindustrie. Wie sich der Herstellungsprozess aber in ein regeneratives Energiesystem integrieren l\u00e4sst, ist noch nicht umfassend erforscht.<\/p>\n\n\n\n

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\u201eArbeiten zur station\u00e4ren und dynamischen Modellierung und Simulation von Power-to-Methanol-Prozessen auf Basis von Hochtemperatur-Elektrolyseuren sind in der wissenschaftlichen Literatur bisher stark unterrepr\u00e4sentiert\u201c, erkl\u00e4rt der Chemieingenieur<\/strong>. \u201eGleiches gilt f\u00fcr deren wirtschaftliche Bewertung.\u201c <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Deshalb hat sich Fogel f\u00fcr seine Arbeit auf eben jene Elektrolyse-Systeme fokussiert, die bei Betriebstemperaturen \u00fcber 600 Grad Celsius reinen Wasserstoff erzeugen. Dieser wird ohne weiteren Separationsaufwand direkt in der Synthesestufe genutzt. Das ist effizienter als die heute etablierten Technologien wie zum Beispiel die alkalische Elektrolyse.<\/p>\n\n\n\n

Digitaler Zwilling zeigt Potentiale auf<\/h3>\n\n\n\n

Den digitalen Zwilling, den er dabei vom Power-to-Methanol-System modelliert hat, nutzte er f\u00fcr umfassende Simulationen. \u201eIch habe mir angeschaut, was passiert, wenn man das System dynamisch betreibt\u201c, geht er ins Detail. Die Frage ist besonders im Hinblick auf regenerative Energien essentiell. Denn heutige Elektrolyseure werden \u00fcblicherweise f\u00fcr einen Betrieb rund um die Uhr ausgelegt. Doch dezentral an einem Windpark oder einer Photovoltaik-Anlage angeschlossen, w\u00fcrden die Systeme nur in Zeiten von Energie\u00fcberschuss arbeiten. Das bringt einerseits technische Herausforderungen mit sich, beeinflusst aber andererseits auch wesentlich die Kosten f\u00fcr das produzierte Methanol. <\/p>\n\n\n\n

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\u201eDabei hat sich gezeigt, dass man einen solchen Prozess durchaus flexibilisieren kann\u201c, erl\u00e4utert Fogel<\/strong>. \u201eEs w\u00e4re in Zukunft also m\u00f6glich, eine Power-to-Methanol-Anlage mit einer Photovoltaik- oder Windkraft-Anlage zu koppeln, im Teillastbetrieb zu fahren und trotzdem kompetitive Produktionskosten zu erzielen.\u201c<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Dass man von diesem Punkt heute allerdings noch weit entfernt ist, zeigt seine techno-\u00f6konomische Bewertung der aus den Simulationen gewonnenen Daten. Denn die ergab, dass die Kosten f\u00fcr das Methanol unabh\u00e4ngig von den Prozessverschachtelungen und den eingesetzten Technologien aktuell nicht konkurrenzf\u00e4hig sind. Das liegt in erster Linie daran, dass fossile Rohstoffe durch die \u00fcber Jahrzehnte aufgebaute Infrastruktur heute noch konkurrenzlos billig sind. <\/p>\n\n\n\n

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\u201eDurch die Elektrolyse-Technologie entstehen massive Kapitalkosten f\u00fcr die Investitionen in diese Anlagen\u201c, wei\u00df Fogel<\/strong>. \u201eBis zu 70 Prozent der Kosten entfallen auf die Investition. Die eigentlichen Produktionskosten sind am Ende gar nicht so hoch.\u201c<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Das sieht der Forscher allerdings nur als vor\u00fcbergehende Phase an, die jede neue Technologie durchlaufen m\u00fcsse. Denn sollte der Markt f\u00fcr Power-to-Methanol in den kommenden Jahren hochlaufen, w\u00fcrden Skaleneffekte die Kosten reduzieren. \u201eIch habe in meiner Arbeit auch untersucht, wie sich das Thema in den kommenden 20 Jahren entwickeln k\u00f6nnte\u201c, betont der Chemieingenieur. Dazu f\u00fchrte er eine umfangreiche Literaturrecherche durch und projizierte die Kosten in die Zukunft. Das Ergebnis: Es wird eine drastische Kostenreduktion geben. \u201eIm Jahr 2050 k\u00f6nnten wir mit dem Power-to-Methanol-Prozess den Punkt erreicht haben, an dem wir mit den fossilen Energietr\u00e4gern gleichauf liegen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr seine Dissertation erhielt Dr. Stefan Fogel den Franz Stolze-Preis 2024<\/a>. Mit dieser Auszeichnung w\u00fcrdigt die TU Dresden herausragende wissenschaftliche Abschlussarbeiten von Studierenden und jungen Wissenschaftler*innen auf dem Gebiet der Energietechnik.<\/p>\n\n\n\n

Publikationen<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

S. Fogel, S. Unger, U. Hampel: Operating windows and techno-economics of a power-to-methanol process utilizing proton-conducting high temperature electrolyzers, in Journal of CO2 Utilization<\/em>, 2024 (DOI: 10.1016\/j.jcou.2024.102758<\/a>)<\/p>\n\n\n\n

S. Fogel, S. Unger, U. Hampel: Dynamic system modeling and simulation of a power-to-methanol process based on proton-conducting tubular solid oxide cells, in Energy Conversion and Management<\/em>, 2024 (DOI: 10.1016\/j.enconman.2023.1179702023<\/a>)<\/p>\n\n\n\n

S. Fogel, H. Kryk, U. Hampel: Simulation of the transient behavior of tubular solid oxide electrolyzer cells under fast load variations, in International Journal of Hydrogen Energy<\/em>, 2019 (DOI: 10.1016\/j.ijhydene.2019.02.063<\/a>)<\/p>\n\n\n\n

Kontakt<\/h3>\n\n\n\n

Dr. Stefan Fogel
Institut f\u00fcr Fluiddynamik am HZDR
Tel.: +49 351 260-2254
E-Mail:\u00a0s.fogel@hzdr.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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