ZSW senkt Strombedarf von Power-to-X-Technologien

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Derzeit wird der Versuchsstand am ZSW aufgebaut.
Quelle: ZSW

Wie kann der Strombedarf bei der Herstellung von erneuerbarem Wasserstoff gesenkt werden? Forscher des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) gehen davon aus, dass die Kombination von der Biomasse-Verbrennung mit der Hochtemperatur-Elektrolyse den Stromverbrauch von Power-to-X-Technologien verringern könnte. Insgesamt sei so eine Halbierung des Stromeinsatzes möglich, teilte das ZSW mit. Die ersten Vorversuche verliefen den Angaben zufolge erfolgreich.

So funktioniert die Kopplung der Verfahren:

Quelle: ZSW

Bei der Hochtemperatur-Elektrolyse kann Strom durch Hochtemperaturwärme ersetzt werden

Bei der Hochtemperatur-Elektrolyse kann im Unterschied zur alkalischen oder PEM-Elektrolyse der Strom als Einsatzenergie zu einem erheblichen Anteil durch Hochtemperaturwärme ersetzt werden. Das Oxyfuel-Verfahren liefert der Elektrolyse durch die Verbrennung mit Sauerstoff die nötige Hochtemperaturwärme und das effizienter als bei Verbrennungsverfahren mit Luft. Als Brennstoff nutzen die Forscher etwa Holz oder Biomassereststoffe.

Ziel: Ein Kubikmeter Wasserstoff aus 2,5 kWh Strom

Die Elektrolyse wiederum erzeugt den für die Hochtemperaturverbrennung notwendigen Sauerstoff, der sonst mit erheblichem Energieaufwand bereitgestellt werden muss. „Mit dieser Technologie wollen wir einen Kubikmeter Wasserstoff aus 2,5 Kilowattstunden Strom erzeugen“, so Michael Specht, Leiter des ZSW-Fachgebiets „Regenerative Energieträger und Verfahren“. Heutige Elektrolyseure benötigten in der Regel etwa doppelt so viel elektrische Energie.

In einem weiteren Schritt möchten die Forscher das „grüne“ Kohlendioxid aus der OxyfuelVerbrennung mit dem Wasserstoff aus der Elektrolyse in einen kohlenstoffhaltigen Energieträger (etwa Methan) oder in Basischemikalien (beispielsweise Methanol) umwandeln. Der Kohlenstoff-Nutzungsgrad ist bei diesem Vorgehen hoch. Die Technologie ist zudem kohlendioxidneutral. Das Vorgehen spart auch Energie, da Kohlendioxid zum Beispiel nicht extra aus einem Rauchgas abgetrennt werden muss.

Forscher untersuchen zwei Reaktor-Konzepte

Das Forscherteam untersucht zwei Reaktor-Konzepte und vergleicht diese miteinander: einen Wirbelschichtreaktor sowie einen FLOX-Brenner (flammenlose Oxidation). Es soll ein sauerstoffarmer Abgasstrom erzeugt werden, der einerseits Hochtemperaturwärme für die Elektrolyse und andererseits Kohlendioxid für die folgende Synthese bereitstellt. Erste Versuche zur Oxyfuel- Verbrennung von Erdgas im FLOX-Brenner lieferten ein heißes Abgas, das gut geeignet ist für eine anschließende Kraftstoff-Synthese.

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Parallel wird der neue Power-to-X-Pfad mit Hilfe von Prozess-Simulationen bewertet. Das Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS) des KIT attestierte dem ZSW-Konzept in ersten Analysen ein erhebliches Kohlendioxid-Senkungspotenzial bei relativ geringem Gesamtenergiebedarf.

Industriepartner aus der Hochtemperatur-Elektrolyse-Entwicklung gesucht

Derzeit stellen die ZSW-Wissenschaftler einen Versuchsstand fertig, um die Kombination der beiden Technologien zu untersuchen. „Für unser Vorhaben wollen wir auch Industriepartner aus der Hochtemperatur-Elektrolyse-Entwicklung gewinnen“, erläutert Specht.

Das Forschungsprojekt ist zunächst auf drei Jahre angelegt. Das Bundesforschungsministerium (BMBF) fördert das Projekt mit gut 900.000 € (Förderkennzeichen 03SFK2C0). Das Vorhaben beruht auf der Arbeit des ZSW im Kopernikus-Projekt Power-to-X des BMBF, mit einer geplanten Laufzeit von zehn Jahren: www.kopernikus-projekte.de/projekte/power-to-x.

Lesen Sie hier, wie die Hochtemperatur-Elektrolyse durch Solarthermie unterstützt werden kann:

DLR-Projekt: Hochtemperaturelektrolyse mit Solarthermie zur Wasserstofferzeugung

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