Conference PaperPDF Available

Effizienzbewertung biomassebasierter PtX-Systeme

Authors:

Abstract

Die Energiewirtschaft der Zukunft benötigt für eine sichere, flexible und CO2-neutrale Energieversorgung neben dem Netzausbau insbesondere Kapazitäten zur Speicherung von volatilen regenerativen Energien. Power-to-X-Systeme bieten als Sektorenkopplungstechnologien eine Lösung für die Speicherung und Nutzung in Strom-, Wärme- und gasbasierten Systemen. Sie können daher entscheidend zur Dekarbonisierung des Energie-, Chemie- und Mobilitätssektors beitragen. Ein Großteil der Power-to-X-Systeme setzt sich aus verschiedenen technisch bewährten Verfahren zusammen. Neben neuen Ansätzen kommen zum Beispiel die Wasserelektrolyse, die Brennstoffzellentechnologie und auch biologische Prozesse, wie die Biogasherstellung, zum Einsatz. Erst durch die Kopplung dieser Einzelprozesse ergibt sich ein Power-to-X-System, wodurch neue Möglichkeiten der flexiblen Nutzung regenerativer Ressourcen erschlossen werden können. In Folge des Zusammenschlusses verschiedener Prozesse ergeben sich jedoch Herausforderungen für die Effizienzbewertung des Gesamtsystems. Für nahezu jeden (Teil-)Prozess bestehen unterschiedliche Methoden und Kennzahlen zur Bewertung der Systemeffizienz. Die resultierenden Benchmarks sind häufig nicht vergleichbar, sodass eine ganzheitliche Bewertung des Power-to-X-Systems, bei der die tatsächliche Grenze der Optimierbarkeit aufgezeigt werden kann, nur selten möglich ist. Eine Antwort auf dieses Problem bietet die Methode des Physikalischen Optimums. Diese basiert auf einem Vergleich des realen Prozesses mit einem idealisierten Referenzprozess, welcher unter Zuhilfenahme der Grundlagen der Thermodynamik und unter Berücksichtigung physikalischer und gesetzlicher Grenzen modelliert werden kann. Dadurch ist die Methode universell auf technische Prozesse anwendbar und dennoch für jeden Vorgang ultimativ. In diesem Paper wird das Anwendungspotenzial der Methode des Physikalischen Optimums für die Effizienzbewertung von Power-to-X-Systemen, unter besonderer Berücksichtigung biologischer Prozesse, analysiert. Die Anwendung wird am Beispiel des Fermentationsvorgangs einer Biogasanlage verdeutlicht.
A preview of the PDF is not available
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
Book
Dieses Standardwerk beschreibt umfassend und detailliert die biologischen, physikalischen, chemischen und technischen Grundlagen einer Energiegewinnung aus Biomasse. Es werden die Möglichkeiten der Bereitstellung von Nutz- bzw. Endenergie aus organischen Stoffen sachlich und mit Hilfe aussagekräftiger Abbildungen dargestellt. Die Autoren gehen konkret ein auf die unterschiedlichen Biomasseressourcen und ihre Verfügbarmachung sowie auf deren thermo-chemische, physikalisch-chemische sowie bio-chemische Umwandlung in Sekundärenergieträger bzw. in End- oder Nutzenergie. > Die 2. Auflage wurde vollständig überarbeitet und teilweise neu strukturiert. Hinzu gekommen sind u.a. folgende Themen: die Bereitstellung flüssiger und gasförmiger Biokraftstoffe über die thermo-chemische Biomasseumwandlung, die Torrefizierung fester Biomassen, die Optionen zur Hydrierung von Pflanzenölen und die Technik der Einspeisung von Biogas in Erdgasnetze. Das Buch bietet einen soliden und umfassenden Überblick nach dem Stand der Technik und informiert über Trends und neuere Entwicklungen. Es ist den Herausgebern gelungen, unter Mitarbeit einer Vielzahl kompetenter Fachleute ein solides Werk "aus einem Guss" zu erarbeiten. > Es ist geeignet für Studierende, Anlagenbetreiber, Berater, Wissenschaftler und interessierte Laien.
Article
Besides the development of future energy concepts energy efficiency today offers a powerful and cost-effective tool for achieving a sustainable energy future. Successful reduction of energy consumption and emissions requires a systematic approach. Thereby, energy management systems help to successfully reduce the energy consumption and CO2e emissions. In the present work, a Structured Efficiency System for Energy (STRUCTese®) was developed, which allows the detailed measurement and tracking of energy efficiency in contrast to measuring mere energy consumption. STRUCTese® provides full transparency about the status quo and the further improvement potential up to the limit of best available technology. Results for a real plant are presented which show the benefit of such a transparent visualization of energy efficiency. The work shows how the difficult task to measure and improve energy efficiency in a chemical plant can be mastered.
Article
In the past, many studies on energy efficiency levels were not comparable due to differences in economic structure between countries. In the project ‘International Comparisons of Energy Efficiency’ efforts are undertaken to develop methods that do account for such differences. In this paper, we identify structural differences in energy intensive industries and describe ways to incorporate these differences in international comparisons of energy efficiency. For the iron and steel, aluminium, cement, pulp and paper, ammonia, chlorine and alkali, and petrochemicals sectors, structural differences mainly arise in product (quality) mix and import/export streams. In addition to structural indicators, also non-structural, explanatory indicators are identified, such as the penetration of energy efficient equipment and Combined Heat and Power generation. Feedstock mix and process type can either be structural or explanatory indicators, depending on whether or not product mix is affected. A number of issues regarding data quality and other pitfalls are described, mainly related to aggregation level and system boundaries between different industry sectors, and between the industry and energy transformation sectors. The methodologies developed show that structural differences can be taken into account in cross-country comparisons of energy efficiency if appropriate physical energy efficiency indicators are used.
Wechselwirkungsanalyse zwischen dem physikalischen Optimum, dem betriebswirtschaftlichen Optimum und dem Carbon-Footprint-Optimum (PhO-BwO-CFO), Dissertation
  • N Beckmann
N. Beckmann: "Wechselwirkungsanalyse zwischen dem physikalischen Optimum, dem betriebswirtschaftlichen Optimum und dem Carbon-Footprint-Optimum (PhO-BwO-CFO), Dissertation, Technische Universität Clausthal (2017)
Methode der grenzwertorientierten Bewertung
  • C Keichel
C. Keichel: "Methode der grenzwertorientierten Bewertung", Dissertation, Technische Universität Clausthal (2017)
Erneuerbare Energien vielfältig nutzen -Öffentlicher Statusbericht des Kopernikus-Projektes P2X
  • W Leitner
  • R Eichel
  • K Wagemann
W. Leitner, R. Eichel, K. Wagemann: "Erneuerbare Energien vielfältig nutzen -Öffentlicher Statusbericht des Kopernikus-Projektes P2X", Erforschung, Validierung und Implementierung von Power-to-X-Konzepten, Frankfurt am Main (2018)
Ermittlung der Biogas-und Methanausbeute ausgewählter Nawaro
  • S Ohl
S. Ohl: "Ermittlung der Biogas-und Methanausbeute ausgewählter Nawaro", Dissertation, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (2011)
Anlagenspezifische Referenzformeln als Basis für die Allokation von CO2-Emissionsberechtigungen
  • A Pauksztat
A. Pauksztat: "Anlagenspezifische Referenzformeln als Basis für die Allokation von CO2-Emissionsberechtigungen", Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2006)
Potenzialatlas Power-to-Gas -Klimaschutz umsetzen, erneuerbare Energien integrieren, regionale Wertschöpfung ermöglichen
  • C Schenuit
  • R Heuke
  • J Paschke
C. Schenuit, R. Heuke, J. Paschke: "Potenzialatlas Power-to-Gas -Klimaschutz umsetzen, erneuerbare Energien integrieren, regionale Wertschöpfung ermöglichen", Deutsche Energie-Agentur GbH (dena) (2016)
Energiewirtschaftliches Kurzgutachten. Notwendigkeit und Chanchen für Power-to-X-Technologien
  • M Sterner
M. Sterner: "Energiewirtschaftliches Kurzgutachten. Notwendigkeit und Chanchen für Power-to-X-Technologien" (2017)