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Zeitschrift gwf - Gas+Energie - Ausgabe 05/2018

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gwf - Gas+Energie - Ausgabe 05 2018

gwf - Gas+Energie - Ausgabe 05 2018


„No regret Einstiegsmärkte“ – Power-to-Gas
Power-to-Gas, Energiewende, Wasserstoff, „no regret Einstiegsmärkte“, konzeptionelle Bewertung

„No regret Einstiegsmärkte“ – Power-to-Gas

Autoren: Karin Arnold / Benjamin Fischer

Die Energiewende zu einem dekarbonisierten Energiesystem ist eine komplexe Aufgabe. Nicht alle absehbar benötigten Technologien sind heute bereits voll ausgereift und wirtschaftlich tragfähig. Daher erfordert es gezielte Förderung seitens der Politik, um die entsprechenden Technologien rechtzeitig bereit zu stellen. Welche Technologien oder Pfade sind also heute schon technisch machbar und ökonomisch tragfähig und werden auch im langfristigen Ausblick noch einen sinnvollen Beitrag zum übergeordneten Ziel Klimaschutz leisten können? Der vorliegende Artikel leistet einen Beitrag zu der Diskussion, ob drei exemplarisch ausgewählte Power-to-Gas Pfade als sogenannte „no regret Einstiegsmärkte“ sowohl in der kurz- als auch langfristigen Betrachtung tragfähig und ökologisch und / oder ökonomisch vorteilhaft sind.

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„Green Gas“ – Erneuerbare Energien in der Gaswirtschaft
Power-to-Gas, Gaswirtschaft, all-electric, green gas

„Green Gas“ – Erneuerbare Energien in der Gaswirtschaft

Autoren: Philipp Hauser / Dominik Möst

Die deutsche Energiewende konzentriert sich in ihren Maßnahmen bisher verstärkt auf den Stromsektor und wird daher oft als „Stromwende“ bezeichnet. Für die Erreichung der deutschen Klimaziele stellt sich hingegen auf absehbare Zeit die Frage, wie auch andere Energiesektoren zu einer geringeren Emission von CO2 beitragen können. Zwei Visionen eines zukünftigen Energiesystems stehen sich dabei grundsätzlich gegenüber und können unter den Schlagwörtern „all-electric“ und „green gas“ zusammengefasst werden. Dieser Artikel zeigt die Möglichkeiten und Herausforderungen eines Transformationspfades hin zu einer „green gas“ Welt auf, bei dem Strom aus Erneuerbaren Energien in die Gaswirtschaft integriert wird. Die Analyse der vorherrschenden Literatur zu wissenschaftlichen Studien im Bereich der Sektorenkopplung ergibt, dass diese um die Aspekte der Wirtschaftlichkeit von Power-to-Gas und um die Betrachtung der Gasinfrastruktur erweitert werden muss. In einem Ausblick werden vier Thesen für die Ausgestaltung der „green gas“ Welt ausgeführt.

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Kombiniertes PtX/BtX-Verfahren zur Herstellung von Dimethylether aus nachwachsenden Rohstoffen und erneuerbarer Energie
Sektorenkopplung, Power-to-X, Biogas, Dimethylether, Synthesegas, erneuerbare Energien

Kombiniertes PtX/BtX-Verfahren zur Herstellung von Dimethylether aus nachwachsenden Rohstoffen und erneuerbarer Energie

Autoren: Marcus Friedel / Jörg Nitzsche / Hartmut Krause

Aufgrund knapper werdender Reserven an fossilen Energieträgern und die mit der Nutzung verbundenen Treibhausgasemissionen steht die Substitution von fossilen Kraft- und Brennstoffen im Fokus von Forschung und Politik. Dimethylether (DME) ist ein vielversprechender Sekundärenergieträger, da es sehr effizient sowohl aus Erdgas aber auch nachhaltig aus Biogas synthetisiert werden kann. DME ist der einfachste Ether und kann ähnlich wie Flüssiggas bereits bei geringem Druck verflüssigt werden. Über die damit verbundene gute Transport-und Speicherfähigkeit hinaus wird durch die günstige Molekülstruktur eine sehr schadstoffarme und vollständige motorische Verbrennung erreicht. Durch die Kombination aus hoher Energiedichte, hervorragenden Verbrennungseigenschaften und effizienter Herstellungsrouten kann DME als Ersatz oder Zusatz im Kraftstoffmarkt insbesondere für Autogas/LPG (liquefied petroleum gas) eingesetzt werden. Weiterhin besitzt DME eine sehr hohe Cetanzahl und ist daher besonders für dieselbetriebene Fahrzeuge im Schwerlastsektor eine hochinteressante Alternative. Aufbauend auf den bekannten Möglichkeiten zur Erzeugung von Dimethylether wurde von DBI – Gastechnologische Institut gGmbH Freiberg ein effizientes Verfahren zur Erzeugung von vollständig regenerativem DME aus Biogas entwickelt. Weiterhin kann in Zeiten von Überschussstrom Wasserstoff aus der Elektrolyse genutzt werden, um die DME-Produktion weiter zu steigern.

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Elektrochemische Reduktion von CO2 zu eChemicals
Sektorenkopplung, ERC (elektrochemische Reduktion von CO2), Formiat, Energiewirtschaft, chemische Industrie

Elektrochemische Reduktion von CO2 zu eChemicals

Ausführungsbeispiel Formiat

Autoren: Christian Immanuel Müller / Konrad Ehelebe / Stefan Loos / Lars Röntzsch

Die elektrochemische Reduktion von CO2 (ERC) in qualitativ hochwertige Stoffe für die chemische Industrie oder die Energiewirtschaft stellt einen wichtigen Beitrag hin zu einer nachhaltigen Wirtschaft dar. Aus ökonomischer Sicht ist vor allem Ameisensäure ein vielversprechendes Reduktionsprodukt. In diesem Beitrag wird ein sehr einfacher Laborreaktor für die elektrochemische Reduktion von CO2 zu Ameisensäure bzw. ihrer korrespondierenden Base Formiat vorgestellt. Aus der Zellspannung und einem Strompreis von 10 ct/kWh resultiert ein Formiatproduktionspreis von 38 ct/kg. Der Ansatz zeigt, dass mit diesem einfachen Reaktorkonzept die Wirtschaftlichkeit für die Herstellung von Formiat über die ERC erreichbar ist.

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Neukonfiguration des Rechtsrahmens zur Ermöglichung der Sektorenkopplung
Sektorenkopplung, Stromkosten, zuschaltbare Lasten, Power-to-Gas, Power-to-Heat, CO2-Bepreisung

Neukonfiguration des Rechtsrahmens zur Ermöglichung der Sektorenkopplung

Rechtshemmnisse und erste gesetzgeberische Ansätze zu deren Überwindung

Autor: Oliver Antoni

Die Höhe und das System der staatlich induzierten oder regulierten Strompreisbestandteile stellen für die Integration erneuerbaren Stroms in das Energiesystem mittels Sektorenkopplung derzeit eine erhebliche wirtschaftliche und rechtliche Hürde dar. Der Gesetzgeber hat bereits Maßnahmen ergriffen, um die Barriere zwischen den Energiesektoren zumindest in bestimmten Einsatzfällen zu durchbrechen. Für einen umfassenden Einsatz von Sektorenkopplungstechnologien, wie etwa Power-to-Gas oder Power-to-Heat, bedarf es jedoch einer Weiterentwicklung der rechtlichen Instrumente und einer Neuausrichtung des Abgaben- und Umlagensystems für sämtliche Energieträger.

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Resilienz in digitalisierten Energiesystemen – Chance oder Risiko
Digitalisierung, Resilienz, Energiesystem, Cyber-Resilienz, Sicherheit, Smart Grids

Resilienz in digitalisierten Energiesystemen – Chance oder Risiko

Autoren: Christoph Mayer / Davood Babazadeh / Sebastian Lehnhoff

Das Stromsystem ist eine für die Gesellschaft wesentliche kritische Infrastruktur. Daher ist die Unterbrechungsfreiheit von immenser Wichtigkeit: Das System muss robust und resilient sein. Dabei heißt Robustheit, dass erwartbare Störereignisse nicht zu Versorgungseinbußen führen, während Resilienz dazu führt, dass große unerwartete Störereignisse schnell vom System absorbiert werden und die Versorgungsqualität bei minimalen Schäden schnell wieder hergestellt wird. Mehrere Entwicklungen, insbesondere im Zusammenhang mit der Digitalisierung, stellen neue Herausforderungen an die Akteure, Resilienz zu realisieren: Die kleinteiligere Struktur der Erzeugung und deren Installation im Verteilnetz, die Geschwindigkeit, mit der IKT-Innovationen in den Markt gebracht werden, und nicht zuletzt neue Bedrohungen, etwa aufwändige und professionell durchgeführte Hackerangriffe. Die Betrachtung des Stromsystems als cyber-physikalisches System und der Einsatz der Digitalisierung zur Sicherung der Resilienz, die sogenannte „Cyber-Resilienz“, sind hier der Lösungsansatz. Durch Automatisierung und Digitalisierung kann so auch der Resilienzprozess zuverlässiger, planbarer und mit genauerer Prognose durchgeführt werden. Diese Resilienzprozesse müssen neu konzipiert und in noch aufzubauenden Cyber-Resilienzlaboren getestet und eingeübt werden.

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