Power-to-Chemicals

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Power-to-Chemicals (deutsch etwa: Strom zu Chemikalien) bezeichnet einen Prozess, bei dem überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Energien über Wasserelektrolyse und weitere nachgeschaltete Schritte zur Herstellung von chemischen Rohstoffen verwendet wird. Bei Power-to-Chemicals handelt es sich demnach um eine Power-to-X-Technologie, die im Rahmen der Energiewende zur Sektorkopplung eingesetzt werden kann. Power-to-Chemicals basiert auf dem Power-to-Gas-Prozess, mit dem sie eng verwandt ist. Allerdings werden die erzeugten Produkte nicht zur direkten Energiespeicherung eingesetzt, sondern sind für die stoffliche Nutzung bestimmt, um auf diese Weise auch die Grundstoffproduktion der chemischen Industrie dekarbonisieren zu können.

Prozess[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ausgangspunkt für den Power-to-Chemicals-Prozess ist zunächst die Elektrolyse von Wasser, bei der Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird. Der hierbei gewonnene Wasserstoff dient daraufhin in einem zweiten Schritt zusammen mit Kohlenstoffdioxid, Stickstoff o. ä. zur Synthese von chemischen Grundstoffen wie beispielsweise Ammoniak, Ethylen oder Propylen, die wiederum als Ausgangsmaterial für eine Vielzahl anderer Prozesse weiterverwendet werden können.[1]

Hintergrund[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Da die Chemieindustrie maßgeblich auf den fossilen Rohstoffen Erdöl und Erdgas basiert, muss die Chemieindustrie mit der Verknappung dieser Rohstoffe langfristig ihre Rohstoffbasis auf regenerative Quellen umstellen. Power-to-Gas-Anlagen ermöglichen es mittels erneuerbarem Überschusstrom synthetische Rohstoffe auf Basis von Wasser und Kohlendioxid zu gewinnen, aus denen wiederum komplexere Grundstoffe wie Methan, Methanol oder Polymere hergestellt werden können.[2] Ebenso erfordert der Schutz des Klimas die Dekarbonisierung des Chemiesektors. Dies bedeutet, dass stofflich genutzte fossile Grundstoffe wie Erdöl durch solche auf Basis erneuerbarer Quellen ersetzt werden müssen. Alternativen zu fossilen Chemierohstoffen sind neben Biomasse synthetisch hergestellte Kohlenwasserstoffe auf Basis von Power-to-X-Technologien wie z. B. Power-to-Gas.[3] Indirekt handelt es sich bei Power-to-Chemicals ebenfalls um einen Speicherprozess, da auf diese Weise keine fossilen Energieträger mehr als Rohstofflieferanten benötigt werden, sondern potentiell für energetische Zwecke zur Verfügung stehen. Zudem können Power-to-Chemicals-Anlagen das Energiesystem wie auch andere Speicher flexibler gestalten, beispielsweise durch Bereitstellen von Regelleistung oder durch Einsatz im Lastmanagement.[4]

Als Abnehmer der Produkte kommt insbesondere die Chemieindustrie in Frage, jedoch haben auch weitere Industriebranchen einen teils hohen Bedarf für Wasserstoff oder andere Synthesegase. Beispielsweise könnten Erdölraffinerien, die einen erheblichen Wasserstoffbedarf haben, mit Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen versorgt werden, womit der CO2-Ausstoß des Verkehrs nennenswert gesenkt werden könnte.[5] Mit dem Einsatz von Power-to-Chemicals lassen sich somit bestimmte Industrieprozesse dekarbonisieren, die derzeit noch mit fossilen Brennstoffen versorgt werden. Beispielsweise verbrauchte die deutsche Industrie im Jahr 2010 mehr als 60 TWh Wasserstoff, der praktisch komplett aus fossilen Quellen gewonnen wurde. Aus energiewirtschaftaftlicher Sicht ist es daher sinnvoll, zunächst einmal den Wasserstoffbedarf der Industrie mittel Power-to-Chemicals zu decken, bevor Wasserstoff im Power-to-Gas-Prozess zu Methan weiterverarbeitet wird, da sonst gleichzeitig Wasserstoff aus fossilem Methan/Erdgas und künstliches Methan aus Wasserstoff erzeugt würde.[6] Ebenso weist die Herstellung von Syngas für die Chemieindustrie einen höheren Umweltnutzen auf als die Herstellung von Methan via mittels Power-to-Gas-Technik.[7]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Vgl. Ulrich Bünger, Jan Michalski, Patrick Schmidt und Werner Weindorf, Wasserstoff - Schlüsselelement von Power-to-X, in: Johannes Töpler, Jochen Lehmann (Hrsg.): Wasserstoff und Brenstoffzelle. Technologien und Marktperspektiven. 2. Auflage, Berlin - Heidelberg 2017, 327-368, hier S. 329.
  2. Michael Sterner, Ingo Stadler (Hrsg): Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Berlin – Heidelberg 2017, S. 677f.
  3. Michael Sterner, Ingo Stadler (Hrsg.): Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration. 2. Auflage. Springer Verlag, Berlin/ Heidelberg 2017, S. 169 und S. 190.
  4. Michael Sterner, Ingo Stadler (Hrsg): Energiespeicher – Bedarf, Technologien, Integration. Berlin – Heidelberg 2017, S. 31.
  5. Robert Schlögl: Von der Natur lernen. Chemische CO2-Reduktion. In: Jochem Marotzke, Martin Stratmann (Hrsg.): Die Zukunft des Klimas. Neue Erkenntnisse, neue Herausforderungen. Ein Report der Max-Planck-Gesellschaft. Beck, München 2015, S. 167–182, S. 178.
  6. Vgl. Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer: Handbuch Regenerative Energietechnik. 3. aktualisierte und erweiterte Auflage, Berlin - Heidelberg 2017, S. 763.
  7. Andre Sternberg, Andre Bardow: Life Cycle Assessment of Power-to-Gas: Syngas vs Methane. In: ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Band 4, Nr. 8, 2016, S. 4156–4165, doi:10.1021/acssuschemeng.6b00644.