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dena Jahrestagung 2016 Dr. Steffen Schirrmeister thyssenkrupp Industrial Solutions - Process Technologies

Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung

thyssenkrupp Industrial Solutions - Process Technologies 2

21.06.2016 | Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung | Dr. Steffen Schirrmeister

Motivation Systemübergreifende Technologie

Quelle: dena



Wasserstofferzeugung und Verwendung Produktionsmengen und Verwendung nach Sektoren

• 680.000 Mio. Nm³ weltweite Wasserstoffproduktion

• ~ 95% Direktverbrauch

Quelle: IHS Chemical Economics Handbook – Hydrogen; 2015

Wasserstoffherstellung Wasserstoffverwendung



Wasserstofferzeugung und Verwendung Erzeugung und Verwendung von Wasserstoff in Europa

Mio. m³

Mrd. kWh @ 4,5

KWh/Nm³ GW

@ 4000 h GW

@ 8000 h 32.577 147 37 18

3.449 16 4 2

4.425 20 5 2 25.556 115 29 14

1.204 5 1 1 680 3 1 0

67.891 306 76 38

Energie- bedarf

Leistung Elektrolyse

Quelle: IHS Chemical Economics Handbook – Hydrogen; 2015




• Erzeugung von Wasserstoff

• Verwendung von Wasserstoff

H2BZ Initiative Hessen



Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Wesentliche Herstellpfade für Wasserstoff

• Steam Reforming

• Autothermal Reforming

• Catalytic AR

-> Erdgas/Naphtha

Reformierung

• Methanol

Hydrolyse

• Wirbelschicht

• Flugstrom

-> Schweröle

-> Kohle/Petrolkoks/Biomasse

Vergasung

• Dehydrierungen

• Elektrolysen

• Lichtbogen Verfahren

• Cracker

Chemische Prozesse

Strombasierter

Wasserstoff

Weitere Übersicht: https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Wasserstofftechnologien



Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Elektrolysen

Wasserelektrolyse Chlor-Alkalielektrolyse

Elektrolyse NaCl + H2O

H2

Cl2

NaOH + H2O

Elektrischer

Strom

Elektrolyse KOH + H2O

O2

H2

KOH + H2O

Elektrischer

Strom

http://www.ht-hydrotechnik.de/unternehmen/historie/assuan/

(1800) 1890 (1800) 1900

Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers



Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Synthesegasrouten

Kohle, Petrolkoks, Biomasse Schweröl Erdgas Naphtha

Reforming Vergasung

Synthesegas SNG Direktoxidation

von Eisen

Strom Wasserstoff Methanol FT Ethanol Ammoniak

Benzin

Diesel

Naphtha

Formaldehyd

Wachs

Methylacetat

DME / OME

Essigsäure

Olefine

Kraftstoffe

Fuel

Ethylen

Harnstoff

Ammoniumnitrat

Düngemittel

Chemikalien

Salpetersäure

Hydrotreater

Kraftstoffe

Fuel Cell

Chemikalien

H2 + CO + CO2 + H2O

Olefine

Stahl

1923 1913 1938 1925

(1840) 1920

1902

1854

1955




• Erzeugung von Wasserstoff

• Verwendung von Wasserstoff

H2BZ Initiative Hessen



Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Methanisierung

CO + 3 H2 CH4 + H2O ΔrH298K = −206.2 kJ/mol

CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O ΔrH298K = −165.0 kJ/mol

CO2 als Kohlenstoffquelle:

Sabatier Reaktion: Paul Sabatier 1902

SNG als Gas von festen und flüssigen Brennstoffen

Speicherung elektrischer Energie in chemischer Form

Stoffliche Nutzung von CO2



Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Ammoniak und Harnstoff

Ammoniak- und Harnstoffsynthese sind hochgradig integrierte und optimierte Prozesse

H2 + CO + CO2 + H2O

N2 + H2 + CO2



Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Ammoniak

Simon Schulte-Beerbühl: Herstellung von Ammoniak unter Berücksichtigung fluktuierender Elektrizitätspreise, Diss. 2014



Gesamtprozess für Synthesegas:

CO + 2 H2 CH3OH H = -90,6 kJ/mol

Wassergas-Shift-Reaktion (WGS):

CO + H2O CO2 + H2 H = -41,1 kJ/mol

Heute akzeptierter Mechanismus der Methanol-Synthese:

CO2 + 3 H2 CH3OH + H2O H = -49,5 kJ/mol

Temperatur : 220 - 290 °C; Druck: 50 - 90 bar; Modul M

Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Methanolsynthese

Das geht auch direkt!




Methanolsynthese ist hochgradig integrierter und optimierter Prozess

CO + H2



Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Methanol als Chemie- und Energierohstoff

1946 1986 2006 2014



Typische Anlagengrößen

< 100.000 t/a Kohle, Off-Gas, Naphtha ( 100 MWth)

< 1.000.000 t/a Kohle, Off-Gas, Naphtha (1.200 MWth)

> 500.000 t/a NG

> 1.000.000 t/a NG - Megamethanol (Air Liquide)

> 3.000.000 t/a NG - Gigamethanol (Air Liquide)

< 65.000 t/a mit Wasserstoff aus der Wasserelektrolyse (100 MW)


Martin Bertau et al Methanol: The Basic Chemical and Energy Feedstock of the Future: Asinger's Vision; Eigene Recherchen



Alte Technologien für innovative Verfahren zur Wasserstofferzeugung und Verwendung Herausforderungen und Entwicklungsbedarf

• Neue Produkte

• Neue Mobilität

• Neue Anlagen (evtl. dezentral)

• Transparenz

• Verfügbarkeit der Energie und Rohstoffe -> Standortwahl

• Prozessintegration

• Strandortintegration

• Systemübergreifende Integration in den Strom- und Gas- und Wärmenetzen

Gesellschaftliche Akzeptanz

Weiterentwicklung Systemtechnik

• EEG Umlagen

• Netzentgelte

• Regelenergie und Netzstabilität

• Anerkennung als Biokraftstoff

• Versteuerung der Produkte

Regulatorischer Rahmen

• Neue Betriebsweisen

Katalysatoren

Reaktoren

• Verschaltungskonzepte

• Anlagendesign

• CO2 Bereitstellung

Weiterentwicklung Prozesstechnik

Prozesstechnik vorhanden – Anpassungsaufwand erforderlich

Vielen Dank

für

Ihre Aufmerksamkeit

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