Power-to-X

Kopernikus-Projekt P2X

Wie können wir erneuerbaren Strom speichern?

Der stetig steigende Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung führt bereits jetzt dazu, dass in Zeiten, in denen viel Wind weht und die Sonne stark scheint, große Mengen an elektrischem Strom produziert werden. In wenigen Jahren wird an windreichen Sommertagen zur Tagesmitte der gesamte Strombedarf Deutschlands durch Wind- und Photovoltaik-Strom gedeckt. Vor allem aber wird an solchen Tagen mit zunehmendem Ausbau der erneuerbaren Energien mehr Strom erzeugt, als gerade benötigt wird. Da es bisher noch zu wenig Möglichkeiten gibt, den Strom zu speichern und sich diese Situation aus heutiger Sicht auch nicht schnell genug ändert, wird man andere Wege gehen müssen.

"Wie wollen wir den Strom aus Erneuerbaren Energien speichern: In Flüssigkeiten, in Gas, oder in chemischen Grundstoffen? Alles ist möglich, aber welche dieser Optionen ist perspektivisch die effektivste? Um herauszufinden, welche der Technologien – oder welche Kombination von Technologien - für die Zukunft am besten geeignet ist, brauchen wir das Power-to-X-Projekt", sagte Bundesforschungsministerin Johanna Wanka am 13. Oktober 2016 in Jülich.

Je flexibler die Nutzung funktioniert, desto effizienter wird das gesamte Energiesystem. Nur so kann eine sichere, bezahlbare und umweltverträgliche Versorgung auch in Zukunft gewährleistet werden.

Welche möglichen Lösungen gibt es?

Mögliche Strategien für die flexiblere Nutzung von Strom aus volatilen erneuerbaren Energien sind z. B.:

  • gasförmige Substanzen wie Wasserstoff oder Methan (Power-to-Gas)
  • flüssige Substanzen wie Kraftstoffe (Power-to-Liquid) für die Mobilität
  • Basischemikalien für die chemische Industrie (Power-to-Chemicals)

Die hier vorgeschlagenen Power-to-X-Wege stellen mehrere Möglichkeiten dar, deren ökonomisch sinnvolle Einsetzbarkeit aber erst entwickelt und nachgewiesen werden muss. Daneben ist der Ansatz Power-to-X von herausragender Bedeutung, um die erneuerbaren Energien Wind und Sonne auch in den Sektoren Mobilität und Wärme einsetzen zu können, die zusammen etwa 80 Prozent des Energieverbrauchs im Vergleich zu lediglich 20 Prozent des Stromsektors ausmachen.

Zentrale Forschungsthemen sind:

  • Mittel- und großskalige Elektrolysesysteme zur Herstellung von Wasserstoff aus überschüssigem Wind- und Solarstrom, Erforschung von Materialien für Hochdruck- und Hochtemperaturelektrolyse, Demonstrationsprojekte und Optimierung hinsichtlich Flexibilität, Effizienz, Laufzeiten und Kosten, Reduzierung des Edelmetalleinsatzes; Erprobung unter realen Einsatzbedingungen, wie sie im Betrieb mit großen Mengen an erneuerbarem Strom zu erwarten sind
  • Erprobung verschiedener Prozessrouten für Power-to-Liquid und Power-to-Chemicals (z. B. Methanol, Fischer-Tropsch-Fuels, Alkohole höherer Ordnung), Entwicklung von Prozessdesigns, Pilot- und Demonstrationsprojekte und Vergleich alternativer Umwandlungspfade anhand von CO2-Fußabdruck und Kosten, Bewertung der systemischen Gesichtspunkte einschließlich umfassender Kosten- und Nutzenanalysen

Das Konsortium P2X

Kopernikus-Projekt „Power-to-X“: Flexible Nutzung erneuerbarer Ressourcen 

Power-to-X“ bezeichnet Technologien, die Strom aus erneuerbaren Quellen in stoffliche Energiespeicher, Energieträger und energieintensive Chemieprodukte umwandeln. Damit kann Energie aus erneuerbaren Quellen in Form von maßgeschneiderten Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge oder in verbesserten Kunststoffen und Chemieprodukten mit hoher Wertschöpfung genutzt werden. Im Rahmen des Kopernikus-Programms wird nun für dieses komplexe Themenfeld mit dem ausgewählten Projekt „Power-to-X“ (P2X) eine nationale Forschungsplattform aufgebaut.

Was ist das Ziel des Kopernikus-Projekts?

Mit „Power-to-X“-Technologien wird zunächst Strom aus erneuerbaren Quellen elektrochemisch umgewandelt in stoffliche Ressourcen wie Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Synthesegas. Diese stofflichen Ressourcen müssen anschließend effizient gespeichert und verteilt und in die Endprodukte umgewandelt werden. Dafür bedarf es innovativer Lösungen, die im Projekt zu ökologisch, ökonomisch und gesellschaftlich vorteilhaften Prozessen entwickelt werden sollen. Damit trägt „Power-to-X“ zum Ziel der Dekarbonisierung der Energiesysteme bei, das die Bundesregierung mit der Energiewende anstrebt, und verringert gleichzeitig den Anteil fossiler Rohstoffe in den wichtigen Leitmärkten Transport und Verkehr sowie Chemie.

Was macht das Konsortium so attraktiv?

Insgesamt sind 18 Forschungseinrichtungen, 27 Industrieunternehmen sowie drei zivilgesellschaftliche Organisationen an dem Projekt „P2X“ beteiligt. Innerhalb von zehn Jahren sollen neue technologische Entwicklungen bis zur industriellen Reife gebracht werden. In der ersten Förderphase stehen Forschungsarbeiten zur kompletten Wertschöpfungskette von elektrischer Energie bis zu stofflichen Energieträgern und Produkten im Fokus. Dabei werden auch bereits bestehende Großprojekte und vorhandene Infrastrukturen einbezogen und Schnittstellen zur Industrie ausgebaut. Zusätzlich zur Förderung durch das BMBF bringen die Industriepartner in „P2X“ Forschungsleistungen im Umfang von weiteren 8,3 Millionen Euro ein. Die RWTH Aachen und das Forschungszentrum Jülich arbeiten im Rahmen der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) in der Sektion JARA Energy bereits intensiv auf diesem Gebiet zusammen. Gemeinsam mit der DECHEMA (Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie) koordinieren sie das Projekt.

Beitrag zum Energiesystem

Das Vorhaben liefert die großtechnischen Voraussetzungen für die stoffliche Speicherung von mehr als 90 Prozent der erneuerbaren Energien, die in Zukunft zur Verfügung stehen werden, auch wenn sie gerade nicht benötigt werden. Dadurch schafft das Projekt Verfahren um chemische Grundstoffe, gasförmige Energieträger und Kraftstoffe mit Hilfe dieses Stroms aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen. Neben der Entlastung der Versorgungsnetze stehen so nachhaltige Prozesse zur Herstellung von stofflichen Ressourcen zur Verfügung, die einen großen Teil der fossilen Rohstoffe ersetzen können. Durch die Verwendung von CO2 aus Abgasen als Ausgangsstoff und Strom aus Erneuerbaren sind diese stofflichen Ressourcen vollständig klimaneutral.

Ansprechpartner:

RWTH Aachen, Institut für Technische Chemie und Makromolekulare Chemie (ITMC), Lehrstuhl für Technische Chemie und Petrolchemie, Ansprechpartner: Prof. Dr. Walter Leitner

Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung, Grundlagen der Elektrochemie (IEK-9), Ansprechpartner: Prof. Dr. Rüdiger-A. Eichel