INNOVATIONEN IN POWER-TO-X

Prof. Dr. Markus FriedlIET Institut für EnergietechnikRapperswil, 22. Mai 2019

Innovationstreiber CO2

IET @ HSR

Prof. Dr. Markus Friedl

Prof. Dr. Benno Bucher

Prof. Dr. Henrik Nordborg

Prof. Dr. Jasmin Smajic

Prof. Carsten Wemhöner

22. Mai 20192

Studium Erneuerbare Energien und Umwelttechnik

CO2-Konzentration

22. Mai 20193

Quelle: Mauna Loa Observatory Hawaii, www.esrl.noaa.gov

Kohlenstoffflüsse durch die Schweiz

22. Mai 2019

ATMOSPHÄRE

PROZESSE

SPEICHER

RESSOURCEN

VerbrennungBrennstoffe

VerbrennungTreibstoffe

Industrielle Prozesse

Kehrricht-verbrennung

Energie-speicher

Güter undBauten

Zement-produktion Lebewesen Biogasanlagen

Kläranlagen

fossile Ressourcen

geogeneRessourcen(inländisch)

BiogeneRessourcen

(ausländisch)

ExportBiogene

Ressourcen(inländisch)

4

Quelle: Meier, B., Ruoss, F. und Friedl, M., «CO2 als Rohstoff für eine nachhaltige Mobilität», Umweltperspektiven Nummer 16, Artikel 623, Oktober 2015, Seiten 14-16

Energie Endverbrauch im Jahr 2017

22. Mai 20195

849 PJ210 PJ

Energie:Elektrische Energie:

= 236'053 GWh= 58'483 GWh

Quelle: BFE, Gesamtenergiestatistik 2017 , Elektrizitätsstatistik 2017, VSG Jahresstatistik Ausgabe 2017

H H H... – C – C – C – ...

H H H

HH – C – H

H

Elektrische Energie: Nettoerzeugung und Endverbrauch in der Schweiz 2017

22. Mai 20196

Quelle: BFE, Gesamtenergiestatistik 2017 , Elektrizitätsstatistik 2017, VSG Jahresstatistik Ausgabe 2017

Herausforderungen:

Dekarbonisierung = Ersetzen der Kohlenwasserstoffe durch andere Energieträger (nicht auf null)

Defossilisierung = Ersetzen der fossilen Quellen an Kohlenwasserstoffen durch biologische und Power-to-X

Zahlreiche Studien zeigen:Eine nachhaltige Energieversorgung der Schweiz ist möglich und finanzierbar ... ... unter Einhaltung der aktuellen Klimaziele ... vollständig ohne fossile Quellen.

Die Technologien dazu existieren. Braucht es noch Innovation?

22. Mai 20198

H H H... – C – C – C – ...

H H H

Herausforderungen:

Innovation Umgangssprachlich:

Neue Ideen und Erfindungen und ihre wirtschaftliche Umsetzung.1)

Genauer:Ideen, die in neue Produkte, Dienstleistungen oder Verfahren umgesetzt werden, die tatsächlich erfolgreiche Anwendung finden und den Markt durchdringen.1)

Neue Technologien sind erst Innovationen, wenn Sie einen hohen TRL erreicht haben.

TRL = Technologiereifegrad

1) Wikipedia Stichwort "Innovation", Zugriff 22. Mai 2019

Innovationen realisieren heisst

TRL nach oben bringen

Systeme entwickeln

Umsetzen

Umsetzungspartner finden

Pilot- und Demonstrations-projekte

Information (Dissemination)

Rahmenbedingungen

22. Mai 20199

Bildquelle: Wikipedia Stichwort "Technology Readyness Level", Zugriff 22. Mai 2019

22. Mai 201910

Elektro-lyse

StromPower

H2O

O2

Methani-sierungSpeicher Gasnetz

H2

H2Nutzung

CH4

Wärme

H2

Saisonale Speicher

CH4

Strom-netz

Power-to-Methane

Power-to-Hydrogen

CO2

Verbren-nungs-prozess

Biogas-anlage ARA

Atmos-phäre

CO2-Quelle

H2O Wärme

H2 max.2%

Power-to-Gas

TransportMobilität

O2

CH4Tank-stelle

H2O CO2

CH4

Power-to-X

22. Mai 201912

HSR Power-to-X Demonstration Plant

Water

Air

H2

CO2

Methane

Methanol DME Propylene

Ethylene

PP

PE

= Feedstock

= Intermediates

= Products

1

2

3

45

6

7

8

9

Diesel Engine

10

= Application

1 Alkaline electrolysis, SOEC

2 Climeworks CO2 adsorber

3 Catalytic methanation reactor (10 bar, 250 °C)

4 Catalytic methanol reactor (50 bar, 250 °C)

5 Catalytic DME reactor (0 bar, 300 °C), ongoing

6 Catalytic ethylene reactor (0 bar, 400 °C) ongoing

7 Same reactor as 6

8 Autoclave polymerisation (30 bar, 100 °C) ongoing

9 Polymerisation, hard to achieve

10 Retrofit of Diesel engine for DME, ongoing

Anlagen in der Schweiz

22. Mai 201913

Projekt Ort Elektrolyseur H2 CH4 StatusHybridwerk Solothurn 350 kWel X bald H2 seit 2016, CH4 Inbetriebnahme

IBAarau, Coop, H2 Energy

Aarau und Hunzenschwil

175 kWel X H2 für die erste Schweizerische Wasserstofftankstelle

Move EMPA Dübendorf 175 kWel X In Betrieb

ESI Plattform PSI, Villigen 100 kWel X X In Betrieb

HEPP Rapperswil 15 kWel X Inbetriebnahme

Grid2Mobility Martigny 50 kWel X In Betrieb

SSDS Sion 3.6 kWel X X In Betrieb

Limeco Dietikon 2 MWel X Baubeginn: 2019, Produktion: 2020

Energiedienst Laufenburg 𝑛𝑛 Mwel Audi E-Diesel Produktionsstart: 2019

PtG BW Grenzach-Wyhlen

1.3 Mwel X Einweihung November 2018

High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)

22. Mai 2019

ConventionalElectrolyser Methanation

CO2

CH4H2

HeatHeat

O2

Electricity

Water

14

High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)

22. Mai 2019

High TemperatureElectrolyser

MethanationSteam-generator

Heat-Management

CO2

H2

Electricity

SteamCH4

O2

Water

15

High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)

22. Mai 201916

High efficiency: SOEC & methanation

New technologies to improve system Membrane technology Gas composition

measurement Two new methanation

technologies

High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)

22. Mai 201917

High efficiency: SOEC & methanation

New technologies to improve system Membrane technology Gas composition

measurement Two new methanation

technologiesDemonstration PV CO2 capture Fuelling station Car Closed carbon cycle

High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)

22. Mai 201918

High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)

22. Mai 201919

High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)

22. Mai 201920

Einweihung 4. Oktober 2019

22. Mai 201921

High Efficiency Power-to-Methane Pilot (HEPP)

22. Mai 201922

Zusammenfassung

Energiestrategie 2050 massiver Ausbau erneuerbare Stromproduktion, insbesondere PV.

Die Schweiz wird im Sommer zu viel Elektrizität haben.

Je weniger CO2 Emissionen im Inland und je weniger Import wir anstreben, desto mehr Power-to-X brauchen wir.

Mobilität und Transport erneuerbar mit grossen Distanzen und kurze Betankungszeiten: Methan und Wasserstoff.

Die HSR arbeitet intensiv an der Energiezukunft.

Wer will mitmachen? Studieren Sie Erneuerbare Energien und Umwelttechnik an der HSR.

22. Mai 201923