10. Nutzung in der Industrie

H2-Preis und Verfügbarkeit (Kostenentwicklung Elektrolyseur, Entwicklung Markt, Verfügbarkeit EE-Strom)

Kosten und Verfügbarkeit von Alternativen insbesondere Strom

Verfügbarkeit H2-Infrastruktur und CO2-Infrastruktur

Politische Maßnahmen und Regularien (z.B. CO2-Preis)

Industrieproduktion und Strukturwandel beachten (insbesondere Hochtemperaturwärme und synth. Kraftstoffe)

H2-Speicher

Nutzung nicht fluktuierender erneuerbarer Energien (Geothermie, Wasserkraft)

Diversifizierte Energiequellen

Import von Wasserstoff

Anpassung der Nachfrage —> Flexibilisierung der Industrie

Weiterverarbeitung von grünem Wasserstoff mit CO oder CO2 aus nachhaltigen Quellen

CO2 aus CCS-Prozessen

CO2 aus anderen industriellen Prozessen

CO2 aus Biogas-Aufbereitung

CO2 aus direkter Luftabscheidung

CO/CO2 Gewinnung direkt aus der Luft (Direct Air Capture) —> ermöglicht negative Emissionen

Nachhaltige Biomasse aus Abfällen und Reststoffen etc. —> Biomassevergasung oder Biogaserzeugung

Aktuell: pro kg Stahl 2 kg CO2 (7% globaler Emissionen), Stahlbedarf bleibt erhalten (nicht durch Recycling deckbar)

H2 anstelle von Koks (C)

FeO + H2 -> Fe + H2O

Fe2O3 + H2 -> Fe + H2O

• Direktreduktion von Eisenerz mit grünem-H2 -> THG-Minderung von 97%

• Zuerst fällt Eisenschwamm an, der im Elektrolichtbogenofen zu Rohstahl geschmolzen wird

• Sonst CO2 statt H2O

• Chemisch geringerer Aufwand als der elektrische Aufwand (Hochofen mittels Koks ausschließlich chemisch)

• Kosten +80% unter Annahme 1kg H2 für 2,50€

• 1kg H2 für 28 kg Stahl

-> Alle großen Autohersteller verfolgen das Ziel von der Nutzung des grünen Stahls

-> 50-100 TWh H2 Bedarf insgesamt

Haber-Bosch-Verfahren: HB-Reaktor bleibt bestehen (150-250bar und 400-450° C), Verfahren an sich wird einfacher aber teurer

• Exotherme Reaktion -> Abwärme kann genutzt werden bspw. für SOE (endotherm)

• Flexibilierung der AS stellt in Hinblick auf EE-Erzeugung in Zukunft Herausforderung dar (Teillastbetrieb/Regelbarkeit)

• Oftmals befinden sich die Anlagen nicht in unmittelbarer Nähe zu EE-Produktionsschwerpunkten

• Hoher Modernisierungsbedarf: durchschnittliches Anlagenalter 38 Jahre alt

• Historisch bedingt befindet sich die Ammoniakproduktion in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Großverbrauchern (Düngemittel / Chemische Industrie)

CO + 2 H2 -> CH3OH

CO2 + 3 H2 -> CH3OH + H2O

• Beide exotherm -> Wärmeabfuhr und Nutzung möglich

• 220-400° C, 50-300bar

• Hoch-, Mittel- und Niederdrucksynthese

  • Nieder SdT mit 50-100bar und 220-280° C

Eigenschaften:

• eine der meisthergestellten Chemikalien

• sehr breite Nutzung: Kraftstoff, Energieträger, chem. Grundstoff

• Brennstoff für Direkt-Methanol-BZ

-> Gaspreis von 8ct, H2 dürfte 3,60€ kosten

2/3 des gesamten Energiebedarfs der Industrie beruhen auf HT-Prozesswärme!

20 % von gesamt Deutschland

• Insbesondere Prozesse die sehr hohe Temperaturen erfordern (Glas, Zement) lassen sich nicht leicht elektrifizieren; Wasserstoff als zentrale Option

• Forschungsbedarf wie sich die veränderten Brennstoffeigenschaften von Wasserstoff auf die Produktqualitäten (z.B. Glas, Zement) bei Feuerungsprozessen auswirken

• Eine Beimischung von Wasserstoff zum Erdgasnetz (10-30 Vol.-%) könnte kurzfristig realisiert werden und ist in vielen Prozessen technisch möglich

• 2/3 der Zementemissionen sind prozessbedingt nur mit CCS/CCU vermeidbar

  • CO2 Transportinfrastruktur ist erforderlich

1. Steigerung der Effizienz

   • Abwärmenutzung, KWK

2. Erschließung erneuerbarer Wärmequellen

   • Solar- Tiefengeothermie

3. Elektrische Wärmeerzeugung

   • Elektrodenkessel, Induktion

4. Alternative Energieträger

   • H2, Biomasse, SNG, Biomethan

   • H2 Brenner, BZ

• Versorgungssicherheit hat Prio 1

• Platzverfügbarkeit, Logistik, Versorgung, etc.

• Große Speicher für Versorgungssicherheit sinnvoll

• Je höher die Prozesstemperatur, desto wahrscheinlicher ist die H2-Verwendung und keine Elektrifizierung