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Elektrifizierung setzt sich nur langsam durch

Thema

Fast jede Energiequelle liefert Strom oder kann in Strom umgewandelt werden. Doch Strom hat einen Nachteil: Er lässt sich nur sehr schwer speichern. Wissenschaftler suchen daher eifrig nach günstigen Speichermöglichkeiten oder einer breiteren Nutzung von Strom. Power-to-X-Technologie ist zum Sammelbegriff für die Produktion von grünem Wasserstoff, Ammoniak oder zum Beispiel Wärme geworden. Die Zahl der Projekte ist noch nicht groß, aber interessant genug, um sie zu nennen.

Diese und andere Themen werden beim European Industry & Energy Summit (EIES) 2019 am 10. und 11. Dezember in Amsterdam im Mittelpunkt stehen.

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Power-to-gas

Um es gleich vorwegzunehmen: Bisher scheint die Umwandlung von Strom in Wasserstoff am erfolgreichsten. Sowohl in Eemshaven als auch in Rotterdam hat man ernsthafte Pläne für Elektrolyseanlagen mit Kapazitäten von wenigen Megawatt bis hin zu einem Gigawatt.

Letzteres ist sicherlich sehr ambitioniert, da die erste Elektrolyseanlage von HyStore, die gerade in Betrieb genommen wurde, eine Leistung von einem Megawatt hat. Shell mischt sich in den Wettlauf um Wasserstoff ebenfalls ein. Im Laufe des Jahres 2020 wird die deutsche Rheinland Raffinerie die weltweit größte Elektrolyseanlage mit einer Spitzenleistung von zehn Megawatt testen.

Das ist noch gar nichts im Vergleich zu der Anlage die Gasunie und TenneT gemeinsam mit ThyssenKrupp in Deutschland bauen wollen. Man geht davon aus, eine Anlage mit einer Leistung von hundert Megawatt in Teilen bauen zu können, die 2022 fertig sein wird. Nouryon meldete ähnliche Pläne auf dem Gelände von Tata Steel. Und RWE und Innogy könnten den im Windpark Westereems erzeugten Strom in einer Elektrolyseanlage mit einer Leistung von hundert Megawatt umwandeln.

Power-to-heat

Auch bei der Umwandlung von Strom in Wärme wurden konkrete Schritte unternommen. DOW Terneuzen hatte bereits angekündigt, dass es Tests mit Dampfrekompression durchführen wird. In der Zwischenzeit ist die Anlage so gut wie fertig. Die energieeffiziente Technologie wertet minderwertigen Dampf mit drei Bar auf einen Druck auf, der für DOW-Prozesse genutzt werden kann. Derzeit bläst DOW diesen Niederdruckdampf ab oder kondensiert ihn, um das Wasser wiederzuverwenden. In beiden Fällen geht die Verdampfungswärme verloren.

BlueTerra Energy Experts untersuchte die Möglichkeit, diesen Dampf durch Dampfrekompression aufzuwerten. Hierbei erhöht eine mehrstufige Zentrifugalkompression den Dampf von niedrigem Druck auf ein nutzbares Druckniveau. Der Dampfkompressor ist eine elektrisch angetriebene, offene Wärmepumpe, die Niederdruckdampf zu überhitztem Dampf mit einem höheren Druck erneut komprimiert. Mit relativ geringer elektrischer Energie gewinnt DOW auf diese Weise eine große Menge an Wärme zurück.

Inzwischen beschäftigt sich auch Siemens Gamesa mit der Herausforderung Power-to-Heat. Der deutsche Technologiekonzern nutzt den Strom jedoch nicht direkt, sondern speichert ihn in Form von Wärme. Das elektrische Wärmespeichersystem (ETES) enthält etwa tausend Tonnen vulkanisches Gestein. Elektrische Energie speist die Batterie, welche die Energie über eine Widerstandsheizung und einen Ventilator in heiße Luft umwandelt. Diese Luft erwärmt das Gestein auf eine Temperatur von 750 Grad Celsius. Wenn der Strombedarf steigt, nutzt ETES eine Dampfturbine zur (Re-)Elektrifizierung der gespeicherten Energie. Die ETES-Pilotanlage kann bis zu 130 Megawattstunden Wärmeenergie für eine Woche speichern. Außerdem bleibt die Speicherkapazität des Systems während der Ladezyklen konstant.

Siemens Gamesa testet zunächst den Mehrwert der Batterie im Stromnetz. Die notwendigen Prüfungen werden auch am physikalischen Wärmespeicher durchgeführt. Sollte dies erfolgreich sein, will das Unternehmen seine Speichertechnologie in kommerziellen Projekten einsetzen. Dazu muss die Speicherkapazität jedoch vergrößert werden. Ziel ist es, in naher Zukunft Energie im Bereich von mehreren Gigawatt zu speichern.

Power-to-chemicals

Eine weitere interessante Anwendung erneuerbarer Elektrizität ist die elektrochemische Herstellung von Rohstoffen für die chemische Industrie. Vor allem, wenn das Treibhausgas Kohlendioxid als Rohstoff genutzt werden kann. TNO Voltachem untersucht die Möglichkeiten der elektrochemischen Umwandlung von CO2 oder der Verwendung von grünem Wasserstoff in thermokatalytischen Prozessen.

Die Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren hängt insbesondere von der Strommenge ab, die erforderlich ist, um die Umwandlung anzustoßen. Die Umwandlung von CO2 in Methan ist in diesem Zusammenhang viel zu teuer, da sie relativ viel Energie kostet, während Erdgas einfach spottbillig ist. Andere Basischemikalien wie Kohlenmonoxid, Ameisensäure und Oxalsäure stellen sich in dieser Hinsicht günstiger dar.

TNO entwickelte noch effizientere elektrochemische Verfahren, indem es sowohl die Kathode als auch die Anode eines Elektrolysesystems verwendete. Auf der Kathodenseite ist es den Forschern bereits gelungen, Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid zu reduzieren, während die Anode Propylenglykol in Milchsäure umgewandelt wird. Auf diese Weise wird der verfügbare nachhaltige Strom doppelt so effizient genutzt.

Noch interessanter ist, dass dasselbe Prinzip auch bei der Herstellung von Chlor angewendet werden kann. Unternehmen wie Nouryon verwenden seit Jahren Elektrolysesysteme, um Salz in Chlor umzuwandeln. Dieser Prozess findet an der Anode statt, während die Kathode ungenutzt bleibt. Auch hier könnte das Kohlendioxid anodenseitig zu Kohlenmonoxid reduziert werden. Dadurch könnten beide Produkte etwas günstiger werden und der überschüssige Strom erhält mehr Wert.

European Industry & Energy Summit (EIES) 2019

Besuchen Sie den European Industry & Energy Summit (EIES) 2019 am 10. und 11. Dezember in Amsterdam.

Die europäische Prozessindustrie und der Energiesektor sind teilweise für den Klimawandel verantwortlich. Auf der anderen Seite können sie aber auch einen wesentlichen Beitrag zur Lösung leisten. Damit dies wahrgenommen und anerkannt wird, organisieren die Initiatoren TNO, FME und Industrielinqs gemeinsam den European Industry & Energy Summit (EIES) 2019.

Im Mittelpunkt der Veranstaltung stehen emissionsfreier Wasserstoff, chemisches Recycling, Energieeffizienz, Elektrifizierung, Kohlendioxidabscheidung, Nutzung und Speicherung (CCUS), biobasierte Ketten und mehr. Alle diese Technologien können zu einer nachhaltigen Zukunft beitragen.

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