Effizienzbewertung biomassebasierter PtX-Systeme

27/04/2021

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.

N. Eggers, T. Birth, Young Aca­de­mics Con­fe­rence – Nach­wuchs­wis­sen­schaft­ler-Kon­fe­renz „Ener­ge­ti­sche Nut­zung natur­be­las­se­ner fes­ter Bio­mas­se im Anwen­dungs­be­reich zwi­schen Ein­zel­raum­ver­sor­gung und kom­mu­na­ler Ver­sor­gung – Tech­nik, Öko­no­mie, Öko­lo­gie“, Juni 2020

https://www.researchgate.net/publication/346976887_Effizienzbewertung_biomassebasierter_PtX-Systeme