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Woher kommt der Strom für die strombasierte Chemieindustrie?
Die Zukunft unserer Energie- und Rohstoffversorgung
Key-Note
Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al.
Creator SpaceTM tour
Ludwigshafen
150 Jahre BASF
Ludwigshafen
23. November 2015
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 2
OTH Regensburg – seit 170 Jahren Lehrbetrieb
Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg
Über 10.000 Studierende
Ca. 1.000 Professoren, Mitarbeiter, Lehrbeauftragte
6 Technische Fakultäten, BWL, Sozialwesen
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 3
Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse
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Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse
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Quelle: Sterner, Stadler, 2014
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Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 14
Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
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5) Gesamtbild und Impulse
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= 337 Mrd. kWh
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Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015
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Methan: 100 % bereits heute unbegrenzt möglich
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 20
Quelle: Sterner, 2009
Specht et al, 2010
Power-to-Gas Das Original
Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz
 Technische Nachbildung der Photosynthese
Quelle: Sterner, 2009
Specht et al, 2010
Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global
warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation.
http://www.upress.uni-kassel.de/publi/abstract.php?978-3-89958-798-2
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 21
Stromsystem mit Power-to-Gas günstiger als ohne
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Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 22
Große Windpotentiale für Stromkraftstoffe nutzen
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Quelle: www.segelenergie.de auf Basis von www.windatlas.dk
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 23
Konzept Segelenergie
1,8 € / l Methanol, 5 € / kg Wasserstoff
Bildquellen: maritime-connector.com, Voith
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Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse
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Grünes Gas:
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Energiewende
Nutzung von
Überschussstrom
Vermeidung von neuem
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De-karbonisierung
Power-to-Gas
Strom
Wärme Mobilität IndustrieStrom
Gas
Gas
Wärme Mobilität IndustrieStrom
Quelle: Ostermeier, MAN, 2015
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 26
Erdöl + Erdgas in der chem. Industrie  DeCarbonization!
0
50
100
150
200
250
300
2013 2023 2033 2043
Energieäquvalentin
TWh
Energieverbrauch chem.
Industrie
Strombasierte Rohstoffe
(Power-to-X)
 Umsatz 184 Mrd. €,
1700 Chemieunternehmen,
430.000 Beschäftigte
Energieverbrauch 182 TWh (2011)
 Anteil Erdölnutzung: ca. 14 %
 Erdgas 3 Mio. t, vorwiegend für Wasserstoff
& Methanol
 Ersatz durch Power-to-X
Quelle: FENES – Agora Speicherstudie, 2014; UBA THGND, 2014
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 27Quelle: Sterner, Stadler, 2014
Grundbaustein: strombasierter Wasserstoff
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 28
Dekarbonisierung von Mobilität & Chemie erfordert
Power-to-X (Gas, Liquid, Heat, Chemicals)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
min max min max min max
2023 2033 2050
Verkehr
Chemie
Strom
Abschätzung zukünftiger Märkte für Power-to-Gas
in GW
Durchschn.
Stromnachfrage
(Leistung) heute
Quelle: Sterner et al, 2014 - Agora Speicherstudie
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 29
Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 30
Chemische Energiespeicher als zentrales Element
Quelle: Sterner, Stadler, 2014
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 31
Energiewende erfordert auch Speicher- & Rohstoffwende
Nicht nachhaltig,
aber verfügbar
Notwendig für
Dekarbonisierung &
Versorgungssicherheit
 Nutzen bestehender Transport- und Speicherinfrastruktur spart Kosten
 Laden: „Ladegeräte“ gebraucht! Power-to-Heat, Power-to-Gas, PtX
 Speichern & Entladen: vorhanden und erweiterbar
 Passend für Gas, Wärme, Kraftstoffe, Rohstoffe der chem. Industrie
 Sektorenübergreifende Speicherung birgt großes Potenzial
 Energiemärkte entsprechend zusammenführen und neu gestalten
 Barrieren zwischen den Sektoren abbauen (z. B. Abgaben)
Quelle: Eigene Zusammenstellung
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 32
Offene Fragen, Impulse und Anregungen
 Energiesystem
 Wie können erneuerbare Reserven aufgebaut werden?
 Wie sieht eine Anschubphase von defizitären aber VWL-sinnvollen Speichern aus?
 Wie sieht ein integriertes, erneuerbares Energiesystem von morgen aus?
 Energiespeicher
 Wie können Li-Batterien kostengünstiger, sicherer + recyclefähiger gebaut werden?
 Welche Materialien eignen sich, um Redox-Flow-Speicher günstiger zu machen?
 Wie lassen sich latente und thermochemische Wärmespeicher massentauglich machen?
 Dekarbonisierung Chemie
 Wie kann strombasierter Wasserstoff durch techn. Entwicklungen günstiger werden?
 Wie können die regulatorischen Barrieren zw. den Energiesektoren abgebaut werden?
 Wie kann Strom als Primärenergie in der chemischen Industrie zur Dekarbonisierung genutzt
werden?
 Welche Prozesse können wir von Erdöl und Erdgas auf Strom und CO2 bzw. andere Materialien
umstellen?
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 33
Wenn Sie denken, das geht alles nicht ...
„Es erscheint immer unmöglich,
bis man es gemacht hat.“
Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 34
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner
Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES)
Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg
+ 49 – (0) 941 – 943 9888
michael.sterner a oth-regensburg.de
www.othr.de/michael.sterner
www.power-to-gas.de
Vielen Dank

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Woher kommt der Strom für die strombasierte Chemieindustrie? - Die Zukunft unserer Energie- und Rohstoffversorgung

  • 1. Woher kommt der Strom für die strombasierte Chemieindustrie? Die Zukunft unserer Energie- und Rohstoffversorgung Key-Note Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al. Creator SpaceTM tour Ludwigshafen 150 Jahre BASF Ludwigshafen 23. November 2015
  • 2. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 2 OTH Regensburg – seit 170 Jahren Lehrbetrieb Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg Über 10.000 Studierende Ca. 1.000 Professoren, Mitarbeiter, Lehrbeauftragte 6 Technische Fakultäten, BWL, Sozialwesen
  • 3. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 3 Inhalt 1) Dekarbonisierung = die große Transformation 2) Die Stromversorgung der Zukunft 3) Energiespeicher im Kontext Energiewende 4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie 5) Gesamtbild und Impulse
  • 4. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 4 „Die Wirtschaft ist & bleibt eine 100% Tochterfirma der Umwelt“ Quelle: Getty Images, Autobahnkreuz Deggendorf 2013 G-7: Dekarbonisierung der größten Industrienationen bis 2050
  • 5. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 5 Dekarbonisierung = Ausstieg aus Kohle, Öl und Gas Energiebedingte Emissionen zw. 1750 und 2010 Quelle: National Oceanic and Atmospheric Administration Washington D. C., 2013  Energiewende & Dekarbonisierung Nicht „ob“, sondern „wann“  Chemie nicht mehr „top-down“, sondern „bottom-up“
  • 6. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 6 Gesellschaftliche Strömungen Grundgesetz - Artikel 20a „Der Staat schützt auch in Verantwortung für die künftigen Generationen die natürlichen Lebensgrundlagen.“ Papst Franziskus - Enzyklika „Lauda tu si“ „ein Verbrechen gegen die Natur zu begehen (Klimawandel), ist eine Sünde gegen uns selbst und gegen Gott“ Dalai Lama – Ethik ist wichtiger als Religion „Klimawandel ist nur global zu lösen. Egoismus, Nationalismus und Gewalt sind der falsche Weg. Wichtigste Frage: wie können wir einander dienen?“ The Guardian – Divestment-Bewegung „Fossile Energie De-investieren“ Quelle: Grundgesetz für die BRD vom 23. Mai 1949, zuletzt geändert 11.07.12
  • 7. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 7 Energiewende = Stromwende + Wärmewende + Mobilitätswende Rohstoffwende = Chemiewende
  • 8. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 8 Inhalt 1) Dekarbonisierung = die große Transformation 2) Die Stromversorgung der Zukunft 3) Energiespeicher im Kontext Energiewende 4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie 5) Gesamtbild und Impulse
  • 9. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 9 Erneuerbarer Strom wird zur Primärenergie  Sektorenkopplung Quelle: Sterner, Stadler, 2014
  • 10. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 10 Wir brauchen Flexibilitäten 1. Hoch flexible Kraftwerke, BHKW 2. Flexible Verbraucher 3. Stromnetze 4. Speicher Kurzzeit (Pumpspeicher + Batterien) Langzeit (Gasnetz + Gasspeicher) Wind & Solar schaffen Energiewende nicht alleine  Power-to-Gas  GasspeicherWind Solar Quelle: Sterner, IWES, 2010
  • 11. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 11 Ungeplante Stromflüsse 2011/12: Ringfluss Ost-D.  Polen  CZ  Bayern Fehlende Stromtrassen  Netzengpässe  Handel beschränkt Erdkabel: Mehrkosten 15 Mrd. €, “Abfallstrom” < 1 Mrd. €/a Quelle: Ahmels, 2011, NEP 2014, Stand 11/14, eigene Ergänzungen Netzausbau mit Atomausstieg verbunden Verzögerte Planungen gefährden Ausstieg Heimatenergie: Was vor Ort hergestellt wird, muss nicht transportiert werden Ballungs- zentrum
  • 12. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 12 Netzstrukturen der Zukunft? 1 Option: Zellularer Ansatz Vernetzte Energiezellen Weitgehende Autarkie Überregionaler Ausgleich min. Ausregelung von Erzeugung und Verbrauch auf niedrigster Ebene Quelle: VDE, 2015
  • 13. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 13 Netze = räumlicher Ausgleich / Speicher = zeitlicher Ausgleich Entwicklung der Stromüberschüsse bis 100 % EE Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Nur über Speicher machbar Mit Speicher günstiger als ohne! Räumlicher Ausgleich (Netzausbau) ZeitlicherAusgleich
  • 14. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 14 Inhalt 1) Dekarbonisierung = die große Transformation 2) Die Stromversorgung der Zukunft 3) Energiespeicher im Kontext Energiewende 4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie 5) Gesamtbild und Impulse
  • 15. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 15 Was sind Energiespeicher? Kohlehalden Wärme- speicher Pump- speicher ... viel mehr als Batterien! Quelle: Sterner, Stadler, 2014, add. pictures Gasspeicher
  • 16. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 16 Alle Speicher haben ihren Platz Speicherkapazitäten vs. Ausspeicherdauern Quelle: Sterner, Stadler, 2014
  • 17. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 17Quelle: Younicos AG, 2014 Batteriekraftwerk zur Netzstabilisierung sinnvoll Größter EU Speicher der Stadtwerke WEMAG & Younicos AG
  • 18. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 18 Hausbatteriesysteme: Anzahl steigt, Preise fallen Entwicklung - Preissenker Elektromobilität Quelle: Sterner et al, 2015 - Batteriestudie für BEE / HMI Zubau Hausspeicher
  • 19. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 19 Gasspeicher sind ausreichend vorhanden Die Infrastruktur zum Energietransport ebenfalls 66 GW Gaskraftwerke  3 Monate Versorgung sichern Speicherkapazität: ca. 337 TWh = 337 Mrd. kWh = ca. 70 Mrd. Hausbatteriespeicher (vereinfacht) = ca. 5000 x alle deutschen Pumpspeicher Pumpspeicher Gasspeicher Batterien (42 Mio. Kfz (Theorie) Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015 H2: 2 % möglich, perspekt. 10 %, verbrauchsabh. begrenzt Methan: 100 % bereits heute unbegrenzt möglich
  • 20. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 20 Quelle: Sterner, 2009 Specht et al, 2010 Power-to-Gas Das Original Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz  Technische Nachbildung der Photosynthese Quelle: Sterner, 2009 Specht et al, 2010 Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation. http://www.upress.uni-kassel.de/publi/abstract.php?978-3-89958-798-2
  • 21. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 21 Stromsystem mit Power-to-Gas günstiger als ohne Erdgas vs. Windgas - Annahmen: voller Netzausbau D + EU, 100 €/t CO2 Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015
  • 22. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 22 Große Windpotentiale für Stromkraftstoffe nutzen Hohe Auslastung, kein Tank-Teller & Akzeptanzproblem Quelle: www.segelenergie.de auf Basis von www.windatlas.dk
  • 23. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 23 Konzept Segelenergie 1,8 € / l Methanol, 5 € / kg Wasserstoff Bildquellen: maritime-connector.com, Voith
  • 24. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 24 Inhalt 1) Dekarbonisierung = die große Transformation 2) Die Stromversorgung der Zukunft 3) Energiespeicher im Kontext Energiewende 4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie 5) Gesamtbild und Impulse
  • 25. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 25 Grünes Gas: Bindeglied zwischen erneuerbarer und fossiler Welt Fossile Infrastruktur Erhalt unserer Investitionen Energiewende Nutzung von Überschussstrom Vermeidung von neuem und Verwendung von vorhandenem CO2 De-karbonisierung Power-to-Gas Strom Wärme Mobilität IndustrieStrom Gas Gas Wärme Mobilität IndustrieStrom Quelle: Ostermeier, MAN, 2015
  • 26. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 26 Erdöl + Erdgas in der chem. Industrie  DeCarbonization! 0 50 100 150 200 250 300 2013 2023 2033 2043 Energieäquvalentin TWh Energieverbrauch chem. Industrie Strombasierte Rohstoffe (Power-to-X)  Umsatz 184 Mrd. €, 1700 Chemieunternehmen, 430.000 Beschäftigte Energieverbrauch 182 TWh (2011)  Anteil Erdölnutzung: ca. 14 %  Erdgas 3 Mio. t, vorwiegend für Wasserstoff & Methanol  Ersatz durch Power-to-X Quelle: FENES – Agora Speicherstudie, 2014; UBA THGND, 2014
  • 27. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 27Quelle: Sterner, Stadler, 2014 Grundbaustein: strombasierter Wasserstoff
  • 28. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 28 Dekarbonisierung von Mobilität & Chemie erfordert Power-to-X (Gas, Liquid, Heat, Chemicals) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 min max min max min max 2023 2033 2050 Verkehr Chemie Strom Abschätzung zukünftiger Märkte für Power-to-Gas in GW Durchschn. Stromnachfrage (Leistung) heute Quelle: Sterner et al, 2014 - Agora Speicherstudie
  • 29. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 29 Inhalt 1) Dekarbonisierung = die große Transformation 2) Die Stromversorgung der Zukunft 3) Energiespeicher im Kontext Energiewende 4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie 5) Gesamtbild und Impulse
  • 30. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 30 Chemische Energiespeicher als zentrales Element Quelle: Sterner, Stadler, 2014
  • 31. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 31 Energiewende erfordert auch Speicher- & Rohstoffwende Nicht nachhaltig, aber verfügbar Notwendig für Dekarbonisierung & Versorgungssicherheit  Nutzen bestehender Transport- und Speicherinfrastruktur spart Kosten  Laden: „Ladegeräte“ gebraucht! Power-to-Heat, Power-to-Gas, PtX  Speichern & Entladen: vorhanden und erweiterbar  Passend für Gas, Wärme, Kraftstoffe, Rohstoffe der chem. Industrie  Sektorenübergreifende Speicherung birgt großes Potenzial  Energiemärkte entsprechend zusammenführen und neu gestalten  Barrieren zwischen den Sektoren abbauen (z. B. Abgaben) Quelle: Eigene Zusammenstellung
  • 32. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 32 Offene Fragen, Impulse und Anregungen  Energiesystem  Wie können erneuerbare Reserven aufgebaut werden?  Wie sieht eine Anschubphase von defizitären aber VWL-sinnvollen Speichern aus?  Wie sieht ein integriertes, erneuerbares Energiesystem von morgen aus?  Energiespeicher  Wie können Li-Batterien kostengünstiger, sicherer + recyclefähiger gebaut werden?  Welche Materialien eignen sich, um Redox-Flow-Speicher günstiger zu machen?  Wie lassen sich latente und thermochemische Wärmespeicher massentauglich machen?  Dekarbonisierung Chemie  Wie kann strombasierter Wasserstoff durch techn. Entwicklungen günstiger werden?  Wie können die regulatorischen Barrieren zw. den Energiesektoren abgebaut werden?  Wie kann Strom als Primärenergie in der chemischen Industrie zur Dekarbonisierung genutzt werden?  Welche Prozesse können wir von Erdöl und Erdgas auf Strom und CO2 bzw. andere Materialien umstellen?
  • 33. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 33 Wenn Sie denken, das geht alles nicht ... „Es erscheint immer unmöglich, bis man es gemacht hat.“
  • 34. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 34 Kontakt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES) Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg + 49 – (0) 941 – 943 9888 michael.sterner a oth-regensburg.de www.othr.de/michael.sterner www.power-to-gas.de Vielen Dank