Potenziale der Wind-Wasserstoff-Technologie in der …...-Emissionsreduktion der Stahlindustrie Quelle: LBST auf Basis von St. Jakobs: Wasserstoff in der Stahlindustrie – Erzeugungs-
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LBST: „Nutzung von Synergien aus gemeinsamer Verwendung gleicher Energieinfrastrukturen zur gleichzeitigen Versorgung mehrerer Energiebedarfssektoren (Mobilität, Industrie, Haushalte), mit Nutzung von PtG oder PtX zur beschleunigten Einführung zusätzlichen EE-Stroms.“
Dr. Ingo Luge (Vors. GF E.ON Deutschland): „Zweite Phase Energiewende, d.h. Erweiterung der Stromnutzung um Wärme- und Verkehrswende, zur Erfüllung von CO2-Emissionsreduktionszielen und als Stabilitätsgarantie für das Energiesystem, um mehr EE-Strom aufzunehmen.“
Besser „Sektorenkopplung“ als „Sektorkopplung“.
Power-to-Gas (PtG)
LBST: Ein Element von Power-to-X (PtX), das die Umwandlung von EE-Strom in einfache transportier- bzw. speicherbare Energieträger meint, zur Unterstützung des Stromnetzes bei Aufnahme von fluktuierendem EE-Strom.
Quelle: U. Bünger, J. Michalski, P. Schmidt, W. Weindorf, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik (LBST): Kapitel 16: Wasserstoff – Schlüsselelement von Power-to-X, Buchbeitrag Springer „Wasserstoff“, im Druck, 2017
Und das ist, was in öffentlichen Diskussionen unter PtG, P2G oder Power-to-Gas gewöhnlich verstanden wird.
Ausphasen Kernenergie bis 2022 und Kohle bis 2030 (in Diskussion)
Internationales Energiepreisniveau verhindert Erdgas- statt Kohleeinsatz zur Stromerzeugung
Für Kohle- als Grundlastkraftwerke werden EE-Anlagen abgeschaltet
Kurzfristiges Einphasen fluktuierender EE-Stromerzeugung (Wind on- und offshore, PV, Biomasse)
Regionale Konzentration der EE-Stromerzeugung (Wind im Norden, PV im Süden erfordert „Stromnetz als Kupferplatte“) ABER einstellen optimaler EE-Mix (60-70% Wind + 20-30% PV)
Mangelnde öffentlich Akzeptanz verhindert Stromnetzausbau bzw. macht ihn durch unterirdische Verlegung um Faktor 5-10 teurer
Opportunitäten
Maßnahmen leicht umzusetzen, da Stromerzeugung „fern vom Endverbraucher“
Hohe aber dennoch langfristig begrenzte Ausbaupotenziale (eher öffentliche Akzeptanz als technische Begrenzungen)
Güter- und Luftverkehr mit weiterhin hohen Wachstumsraten
Beharrungsvermögen von Automobil- und Luftfahrtindustrie
Strategische deutsche Diesel-Allianz von Automobilindustrie und Politik erfolgreich (komplex, teuer) im Angesicht ambitionierter E-Mobil-Strategien in China, Japan und Südkorea?
Wenig beeinflussbarer internationaler Wettbewerb im Bereich Güter-, Schiffs- und Luftverkehr
Politisch unbequeme öffentliche Bewusstseinsänderung erforderlich (z.B. Trend zu schweren Pkw)
Globaler Mobilitätsbedarf zu reduzieren, individuelle durch öffentliche Mobilität zu ersetzen
E-Mobilität bedarf flächendeckend neuer Energieinfrastrukturen, Langfristkosten noch unklar
Alternative Antriebe sektoral aufwändiger umsetzbar (Luft-, Straßengüter- und Schiffsverkehr)
Opportunitäten
E-Mobilität als Effizienztechnologie intersektoral verfügbar (Pkw, Lkw, Schienenverkehr, …)
Effizienzpotenziale ermöglichen hohe inkrementelle CAPEX / OPEX
Synergien intersektoraler Infrastrukturen mit Strom- (BEV) und Gasnetz (Power-to-Gas)
Vorausschau für Brennstoffzellen-Pkw-Flotte weltweit*
Juni-28
4b
Vorhersagen für FCEV-Flottenaufbau ggb. früheren Studien höher
ABER: genug für Erreichen der THG-Minderungsziele?
Quelle: SHELL WASSERSTOFF-STUDIE ENERGIE DER ZUKUNFT?, Nachhaltige Mobilität durch Brennstoffzelle und H2 , Shell Deutschland mit Wuppertal-Institut, 2017, S. 60 http://www.shell.de/medien/shell-publikationen/shell-hydrogen-study/_jcr_content/par/toptasks_e705.stream/1497968981764/0c6e4c3c838e73351b155afa848c829977d9f0348d9bf21fdfe9643a0fde3151/shell-wasserstoff-studie-2017.pdf
* Impliziert ca. 10 Mio. BZ-PkW-Neuzulassungen weltweit in 2050, gleichbedeutend mit ca. 1/10 aller Pkw-Neuzulassungen
Besonders energieintensive Industrien sind Chemie-, Raffinerie- und Stahlindustrie
Erste Visionen entwickelt; es mangeln Strategien zur Erfüllung der THG-Emissionsziele 2050
Starker internationaler Wettbewerbs- und Kostendruck
Raffinerien mit politischem Erdölausstiegsziel konfrontiert, Chemieraffinerien ausgenommen
Chemieindustrie benötigt Kohlenstoff als wichtigen Grundstoff
Effizienzsteigerungsziele weitgehend erschöpft; nun strukturelle Veränderungen erforderlich
Opportunitäten
Deutsche Industrie innovationsstark, gerade bei Effizienzsteigerungsmaßnahmen
Einzelne Industrien erfordern Marktnähe, was Standortwechsel weg von Deutschland erschwert
Chemie- und Raffinerieindustrie im täglichen sicheren Umgang mit Wasserstoff geübt; stehen daher vermehrtem Einsatz nicht mehr grundsätzlich negativ gegenüber
Alle drei Industriesektoren zentral verortet; Konsequenz ist einfache Energietransportinfrastruktur
4c Vision zur CO2-Emissionsreduktion der Stahlindustrie
Quelle: LBST auf Basis von St. Jakobs: Wasserstoff in der Stahlindustrie – Erzeugungs- und Einsatzmöglichkeiten in der Zukunft, thyssenkrupp, H2-
Congress Berlin, 2016 sowie M. Höller, vormals ArcelorMittal, Hamburg, 2016
Prinzpiell kann deutsche Stahlindustrie Hochofenprozess heute durch Direktreduktionsverfahren (DRI) künftig substituieren; Expertise noch zu erarbeiten
Wasserstoffnachfrage in Deutschland dann 2,4 Mton/Jahr bzw. ca. 130 TWh/Jahr Strom, um Kohle-/Koksbedarf vollständig zu substituieren
Entspricht dem 2-3 fachen der gesamten H2-Produktion Deutschland heute bzw. einer Einsparung von ca. 66 MtonCO2-äquiv./Jahr
Stoffliche C-Nutzung im Hochofenprozess MIDREX-Anlagenschema im Wasserstoffbetrieb
5 Mengengerüst für künftigen sektoralen Strombedarf
Quelle: Zusammenstellung LBST, 2017
Sektor Endenergieverbrauch heute*
[TWh/Jahr]
REG-Anteil
[%]
Künftiger Strombedarf [TWh/Jahr]
Kommentar
Verkehr 728 5 600-1.600 Aus Studien: Σ Verkehr mit PtL für Luft/Wasser (ohne int. Schiffsverkehr), ≥ 370 TWhH2/Jahr (BEV, FCEV)
Stromerzeugung 523 32 600 Verluste Stromerzeugung heute: 958 TWh/a, Umstellung auf EE spart diese Verluste weitgehend ein (aber künftig Speicherung auch verlustbehaftet)
Industrie 670 + 50 130
Chemieindustrie (C aus Luft-CO2+Direktstrom zus.) Stahlindustrie (DRI-Verfahren mit H2 aus Ely)
Haushaltswärme ca. 700 ? Kann durch Wärmedämmung halbiert werden, teilweise durch E-WP bereitzustellen
Wärme 1.100 13 ? Raum&Prozeßwärme, Warmwasser
Summe 2.366** 15 2.000+ - 3.000+ Mit ambitionierten Maßnahmen zu verringern***
Davon fossil 2.000
EE-Potenzial 1.000 – 1.500 Stark abhängig von öffentlicher Akzeptanz
* Primärenergieverbrauch 2015: 3.693 TWh/a, ** 1990: 2.631 TWh/Jahr, *** alternativ muss Differenz importiert werden
Sektorenkopplung als neuer Begriff für intersektorale Energieinfrastrukturnutzung
Sektorenkopplung als zweite Maßnahmenstufe, um „Energiewende“ vom Strom- auf alle Energiesektoren auszuweiten, um politische THG-Ziele zu erreichen
Drastischer Wandel für alle Sektoren in 33 Jahren muss heute begonnen werden
E-Mobilität als Strategie für Straßen- und Schienenverkehr, für Luft- und Schiffsverkehr existiert noch nicht einmal Vision
Carbon2Chem als erster Ansatz für (Chemie-)industrie, jedoch ohne Strategie für 2050
Strom wird dominante heimische Energiequelle (Wind, PV), ergänzt durch Biomassen, ABER „all electric world“ nur teuer umsetzbar (Ressourcen- und Akzeptanzgrenzen)
Energieversorgung Deutschlands ausschließlich mit heimischen erneuerbaren Energien nur mit sehr ambitionierten strukturellen Maßnahmen sowie Energieeffizienz denkbar
Alternativen sind REG-Importe aus Osteuropa, MENA-Ländern sowie Skandinavien
Importpfade als Strom (HGÜ) oder einfacher transportier- und speicherbarer Energieträger (PtX; dadurch bekommt Wasserstoff neben Strom eine zentrale Rolle)