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LBST.de 1. März 2016 Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH 5. Bodensee Aerospace Meeting ∙ Überlingen ∙ 1. März 2016 Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt – Strom tanken mit Power-to-Liquids Patrick R. Schmidt ∙ Werner Weindorf LBST ∙ Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH München/Ottobrunn 2016-03-01 ∙ FOR DISTRIBUTION

Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

5 Bodensee Aerospace Meeting ∙ Uumlberlingen ∙ 1 Maumlrz 2016

Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt ndash Strom tanken mit Power-to-Liquids

Patrick R Schmidt ∙ Werner Weindorf

LBST ∙ Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

MuumlnchenOttobrunn

2016-03-01 ∙ FOR DISTRIBUTION

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ludwig boumllkow

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

2

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ludwig boumllkow

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LBST ∙ Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

3

Unabhaumlngige Experten seit uumlber 30 Jahren fuumlr nachhaltige Energieversorgung und Mobilitaumlt

Bruumlcke zwischen Technologie Wirtschaft und Politik

Erneuerbare Energien Kraftstoffe Infrastruktur

Machbarkeitsstudien Nachhaltigkeitsanalysen technologiebasierte Strategieberatung Energiekonzepte

Globale und langfristige Perspektive

Konsequenter Systemansatz ndash Denken uumlber Bereichsgrenzen hinweg

Internationale Kunden in Industrie Politik und Verbaumlnden

Ausgewaumlhlte Referenzen

FVV Renewables in Transport 2050

BMVI Mobilitaumlts- und Kraftstoffstrategie (MKS)

JRCEUCARCONCAWE (JEC) Well-to-Tank Analysen

httpwwwlbstderessourcesdocs2016FVV_H1086_Renewables-in-Transport-2050-Kraftstoffstudie_IIpdf

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

4

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Klimaschutzziel Luftfahrtsektor

ICAO

Carbon neutral growth from 2020 (intlsquol aviation)

2 a fuel efficiency up to 2050 (global fleet)

ATAG

15 a fuel efficiency until 2020

Carbon neutral growth from 2020

50 2005 greenhouse gas emission reduction in 2050

5

Source [ATAG 2013] [ATAG 2013] Air Transport Action Group Reducing emissions from aviation through carbon

neutral growth from 2050 working paper developed for the 38th ICAO Assembly SeptemberOctober 2013 2013

Source [ATAG 2013]

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Warum PtL

Herausforderungen fuumlr die Luftfahrt

ndash 15-2degC Ziel Conference of the Parties Paris 2016

ndash 502005 THG-Emissionsminderung bis 2050 vermutlich nicht ausreichend

ndash Je groumlszliger Luftverkehrswachstum desto houmlhere spezifische THG-Minderungsbedarfe beim Kraftstoff notwendig

Chancen mit Power-to-Liquids

ndash EE-Strompotenziale weltweit ein Vielfaches uumlber dem Energiebedarf

ndash ~100 THG-Minderung bdquoWell-to-Tankldquo mit erneuerbarem Strom

ndash Geringere Schadstoffemissionen

ndash Lokale Wertschoumlpfung

Nachhaltigkeit UND Skalierbarkeit sind mit Power-to-Liquids gegeben 6

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

PtL | Taxonomie und Definition

laquoPower-to-liquidsraquo (PtL) umfasst alle Fluumlssigkraftstoff-Herstellungsrouten die uumlberwiegend auf (erneuerbarem) Strom basieren

Diesel Kerosin und Benzin werden typischerweise co-prouziert 8

Power-to-Anything (PtX)

Power-to-Heat Power-to-Fuels

Power-to-Gas (PtG)

Hydrogen

Methane

Power-to-Liquids (PtL)

Diesel

Kerosene

Gasoline

hellip

Power-to-Chemicals

Ethylene

Ammonia

hellip

LBST

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6-01

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Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

9

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

H2-

Sp

eic

her

Wasser

H2

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

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Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

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Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

eic

her

CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

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Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

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Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

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Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

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Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

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0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

EFA

Rap

s

BtL

KU

P

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lyse

HT-

Elek

tro

lyse

EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

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-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

ose

ne

die

sel

CN

G f

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NG

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H2

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GH

2 (

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site

)

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(04

kV

)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

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(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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SOEC

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GH

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kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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(wit

ho

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taxe

s) [euro

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iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

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-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

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061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

ose

ne

die

sel

CN

G f

rom

NG

LNG

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CG

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EE-C

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EE-C

H4

(LN

G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

tric

ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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Annex

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

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Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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tyCr

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oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 2: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

2

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systemtechnik

LBST ∙ Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

3

Unabhaumlngige Experten seit uumlber 30 Jahren fuumlr nachhaltige Energieversorgung und Mobilitaumlt

Bruumlcke zwischen Technologie Wirtschaft und Politik

Erneuerbare Energien Kraftstoffe Infrastruktur

Machbarkeitsstudien Nachhaltigkeitsanalysen technologiebasierte Strategieberatung Energiekonzepte

Globale und langfristige Perspektive

Konsequenter Systemansatz ndash Denken uumlber Bereichsgrenzen hinweg

Internationale Kunden in Industrie Politik und Verbaumlnden

Ausgewaumlhlte Referenzen

FVV Renewables in Transport 2050

BMVI Mobilitaumlts- und Kraftstoffstrategie (MKS)

JRCEUCARCONCAWE (JEC) Well-to-Tank Analysen

httpwwwlbstderessourcesdocs2016FVV_H1086_Renewables-in-Transport-2050-Kraftstoffstudie_IIpdf

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

4

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Klimaschutzziel Luftfahrtsektor

ICAO

Carbon neutral growth from 2020 (intlsquol aviation)

2 a fuel efficiency up to 2050 (global fleet)

ATAG

15 a fuel efficiency until 2020

Carbon neutral growth from 2020

50 2005 greenhouse gas emission reduction in 2050

5

Source [ATAG 2013] [ATAG 2013] Air Transport Action Group Reducing emissions from aviation through carbon

neutral growth from 2050 working paper developed for the 38th ICAO Assembly SeptemberOctober 2013 2013

Source [ATAG 2013]

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Warum PtL

Herausforderungen fuumlr die Luftfahrt

ndash 15-2degC Ziel Conference of the Parties Paris 2016

ndash 502005 THG-Emissionsminderung bis 2050 vermutlich nicht ausreichend

ndash Je groumlszliger Luftverkehrswachstum desto houmlhere spezifische THG-Minderungsbedarfe beim Kraftstoff notwendig

Chancen mit Power-to-Liquids

ndash EE-Strompotenziale weltweit ein Vielfaches uumlber dem Energiebedarf

ndash ~100 THG-Minderung bdquoWell-to-Tankldquo mit erneuerbarem Strom

ndash Geringere Schadstoffemissionen

ndash Lokale Wertschoumlpfung

Nachhaltigkeit UND Skalierbarkeit sind mit Power-to-Liquids gegeben 6

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

7

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systemtechnik

PtL | Taxonomie und Definition

laquoPower-to-liquidsraquo (PtL) umfasst alle Fluumlssigkraftstoff-Herstellungsrouten die uumlberwiegend auf (erneuerbarem) Strom basieren

Diesel Kerosin und Benzin werden typischerweise co-prouziert 8

Power-to-Anything (PtX)

Power-to-Heat Power-to-Fuels

Power-to-Gas (PtG)

Hydrogen

Methane

Power-to-Liquids (PtL)

Diesel

Kerosene

Gasoline

hellip

Power-to-Chemicals

Ethylene

Ammonia

hellip

LBST

201

6-01

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Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

9

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

H2-

Sp

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her

Wasser

H2

Waumlrme

LBST

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15-1

2-15

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

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CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

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Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

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Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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systemtechnik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

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Elek

tro

lyse

HT-

Elek

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EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

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-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

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2 (

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site

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(04

kV

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

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-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

500

600G

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CN

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rom

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SOEC

EE-C

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site

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Elec

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ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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Annex

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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oil

Refinery

LBST

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NEA

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 3: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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systemtechnik

LBST ∙ Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

3

Unabhaumlngige Experten seit uumlber 30 Jahren fuumlr nachhaltige Energieversorgung und Mobilitaumlt

Bruumlcke zwischen Technologie Wirtschaft und Politik

Erneuerbare Energien Kraftstoffe Infrastruktur

Machbarkeitsstudien Nachhaltigkeitsanalysen technologiebasierte Strategieberatung Energiekonzepte

Globale und langfristige Perspektive

Konsequenter Systemansatz ndash Denken uumlber Bereichsgrenzen hinweg

Internationale Kunden in Industrie Politik und Verbaumlnden

Ausgewaumlhlte Referenzen

FVV Renewables in Transport 2050

BMVI Mobilitaumlts- und Kraftstoffstrategie (MKS)

JRCEUCARCONCAWE (JEC) Well-to-Tank Analysen

httpwwwlbstderessourcesdocs2016FVV_H1086_Renewables-in-Transport-2050-Kraftstoffstudie_IIpdf

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

4

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Klimaschutzziel Luftfahrtsektor

ICAO

Carbon neutral growth from 2020 (intlsquol aviation)

2 a fuel efficiency up to 2050 (global fleet)

ATAG

15 a fuel efficiency until 2020

Carbon neutral growth from 2020

50 2005 greenhouse gas emission reduction in 2050

5

Source [ATAG 2013] [ATAG 2013] Air Transport Action Group Reducing emissions from aviation through carbon

neutral growth from 2050 working paper developed for the 38th ICAO Assembly SeptemberOctober 2013 2013

Source [ATAG 2013]

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Warum PtL

Herausforderungen fuumlr die Luftfahrt

ndash 15-2degC Ziel Conference of the Parties Paris 2016

ndash 502005 THG-Emissionsminderung bis 2050 vermutlich nicht ausreichend

ndash Je groumlszliger Luftverkehrswachstum desto houmlhere spezifische THG-Minderungsbedarfe beim Kraftstoff notwendig

Chancen mit Power-to-Liquids

ndash EE-Strompotenziale weltweit ein Vielfaches uumlber dem Energiebedarf

ndash ~100 THG-Minderung bdquoWell-to-Tankldquo mit erneuerbarem Strom

ndash Geringere Schadstoffemissionen

ndash Lokale Wertschoumlpfung

Nachhaltigkeit UND Skalierbarkeit sind mit Power-to-Liquids gegeben 6

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

7

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systemtechnik

PtL | Taxonomie und Definition

laquoPower-to-liquidsraquo (PtL) umfasst alle Fluumlssigkraftstoff-Herstellungsrouten die uumlberwiegend auf (erneuerbarem) Strom basieren

Diesel Kerosin und Benzin werden typischerweise co-prouziert 8

Power-to-Anything (PtX)

Power-to-Heat Power-to-Fuels

Power-to-Gas (PtG)

Hydrogen

Methane

Power-to-Liquids (PtL)

Diesel

Kerosene

Gasoline

hellip

Power-to-Chemicals

Ethylene

Ammonia

hellip

LBST

201

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Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

9

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

H2-

Sp

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her

Wasser

H2

Waumlrme

LBST

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15-1

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

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CO2

CO2-Speicher

Wasser

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

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Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

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Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

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tro

lyse

HT-

Elek

tro

lyse

EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

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-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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)

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(04

kV

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

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-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

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600G

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EE-C

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site

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Elec

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ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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Annex

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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Refinery

LBST

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NEA

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(GR

EEN

H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 4: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

4

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Klimaschutzziel Luftfahrtsektor

ICAO

Carbon neutral growth from 2020 (intlsquol aviation)

2 a fuel efficiency up to 2050 (global fleet)

ATAG

15 a fuel efficiency until 2020

Carbon neutral growth from 2020

50 2005 greenhouse gas emission reduction in 2050

5

Source [ATAG 2013] [ATAG 2013] Air Transport Action Group Reducing emissions from aviation through carbon

neutral growth from 2050 working paper developed for the 38th ICAO Assembly SeptemberOctober 2013 2013

Source [ATAG 2013]

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systemtechnik

Warum PtL

Herausforderungen fuumlr die Luftfahrt

ndash 15-2degC Ziel Conference of the Parties Paris 2016

ndash 502005 THG-Emissionsminderung bis 2050 vermutlich nicht ausreichend

ndash Je groumlszliger Luftverkehrswachstum desto houmlhere spezifische THG-Minderungsbedarfe beim Kraftstoff notwendig

Chancen mit Power-to-Liquids

ndash EE-Strompotenziale weltweit ein Vielfaches uumlber dem Energiebedarf

ndash ~100 THG-Minderung bdquoWell-to-Tankldquo mit erneuerbarem Strom

ndash Geringere Schadstoffemissionen

ndash Lokale Wertschoumlpfung

Nachhaltigkeit UND Skalierbarkeit sind mit Power-to-Liquids gegeben 6

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

7

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systemtechnik

PtL | Taxonomie und Definition

laquoPower-to-liquidsraquo (PtL) umfasst alle Fluumlssigkraftstoff-Herstellungsrouten die uumlberwiegend auf (erneuerbarem) Strom basieren

Diesel Kerosin und Benzin werden typischerweise co-prouziert 8

Power-to-Anything (PtX)

Power-to-Heat Power-to-Fuels

Power-to-Gas (PtG)

Hydrogen

Methane

Power-to-Liquids (PtL)

Diesel

Kerosene

Gasoline

hellip

Power-to-Chemicals

Ethylene

Ammonia

hellip

LBST

201

6-01

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Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

9

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

H2-

Sp

eic

her

Wasser

H2

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

LBST

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15-1

2-15

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

eic

her

CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

201

5-12

-15

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Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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systemtechnik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

EFA

Rap

s

BtL

KU

P

Me

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te

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lyse

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2

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NT-

Elek

tro

lyse

HT-

Elek

tro

lyse

EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

ose

ne

die

sel

CN

G f

rom

NG

LNG

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G

CG

H2

via

SM

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EE-C

H4

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EE-C

H4

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G)

EE-C

H4

(C

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EE-C

H4

(LN

G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

tric

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(04

kV

)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

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die

sel

CN

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(04

kV

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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ho

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taxe

s) [euro

lD

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qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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ker

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die

sel

CN

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rom

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LNG

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CG

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EE-P

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EE-P

tL S

OEC

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EE-C

H4

(C

NG

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EE-C

H4

(LN

G)

EE-C

H4

(C

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EE-C

H4

(LN

G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

tric

ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

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rici

tyCr

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oil

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LBST

201

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NEA

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(GR

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

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Klimaschutzziel Luftfahrtsektor

ICAO

Carbon neutral growth from 2020 (intlsquol aviation)

2 a fuel efficiency up to 2050 (global fleet)

ATAG

15 a fuel efficiency until 2020

Carbon neutral growth from 2020

50 2005 greenhouse gas emission reduction in 2050

5

Source [ATAG 2013] [ATAG 2013] Air Transport Action Group Reducing emissions from aviation through carbon

neutral growth from 2050 working paper developed for the 38th ICAO Assembly SeptemberOctober 2013 2013

Source [ATAG 2013]

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systemtechnik

Warum PtL

Herausforderungen fuumlr die Luftfahrt

ndash 15-2degC Ziel Conference of the Parties Paris 2016

ndash 502005 THG-Emissionsminderung bis 2050 vermutlich nicht ausreichend

ndash Je groumlszliger Luftverkehrswachstum desto houmlhere spezifische THG-Minderungsbedarfe beim Kraftstoff notwendig

Chancen mit Power-to-Liquids

ndash EE-Strompotenziale weltweit ein Vielfaches uumlber dem Energiebedarf

ndash ~100 THG-Minderung bdquoWell-to-Tankldquo mit erneuerbarem Strom

ndash Geringere Schadstoffemissionen

ndash Lokale Wertschoumlpfung

Nachhaltigkeit UND Skalierbarkeit sind mit Power-to-Liquids gegeben 6

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

7

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systemtechnik

PtL | Taxonomie und Definition

laquoPower-to-liquidsraquo (PtL) umfasst alle Fluumlssigkraftstoff-Herstellungsrouten die uumlberwiegend auf (erneuerbarem) Strom basieren

Diesel Kerosin und Benzin werden typischerweise co-prouziert 8

Power-to-Anything (PtX)

Power-to-Heat Power-to-Fuels

Power-to-Gas (PtG)

Hydrogen

Methane

Power-to-Liquids (PtL)

Diesel

Kerosene

Gasoline

hellip

Power-to-Chemicals

Ethylene

Ammonia

hellip

LBST

201

6-01

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Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

9

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

H2-

Sp

eic

her

Wasser

H2

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

LBST

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15-1

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

eic

her

CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

201

5-12

-15

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Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

EFA

Rap

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BtL

KU

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2

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NT-

Elek

tro

lyse

HT-

Elek

tro

lyse

EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

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die

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SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

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(04

kV

)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

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(wit

ho

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taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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s) [euro

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iese

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

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600G

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EE-C

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(LN

G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

tric

ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

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Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

28

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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LBST

201

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-09

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 6: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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Warum PtL

Herausforderungen fuumlr die Luftfahrt

ndash 15-2degC Ziel Conference of the Parties Paris 2016

ndash 502005 THG-Emissionsminderung bis 2050 vermutlich nicht ausreichend

ndash Je groumlszliger Luftverkehrswachstum desto houmlhere spezifische THG-Minderungsbedarfe beim Kraftstoff notwendig

Chancen mit Power-to-Liquids

ndash EE-Strompotenziale weltweit ein Vielfaches uumlber dem Energiebedarf

ndash ~100 THG-Minderung bdquoWell-to-Tankldquo mit erneuerbarem Strom

ndash Geringere Schadstoffemissionen

ndash Lokale Wertschoumlpfung

Nachhaltigkeit UND Skalierbarkeit sind mit Power-to-Liquids gegeben 6

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

7

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PtL | Taxonomie und Definition

laquoPower-to-liquidsraquo (PtL) umfasst alle Fluumlssigkraftstoff-Herstellungsrouten die uumlberwiegend auf (erneuerbarem) Strom basieren

Diesel Kerosin und Benzin werden typischerweise co-prouziert 8

Power-to-Anything (PtX)

Power-to-Heat Power-to-Fuels

Power-to-Gas (PtG)

Hydrogen

Methane

Power-to-Liquids (PtL)

Diesel

Kerosene

Gasoline

hellip

Power-to-Chemicals

Ethylene

Ammonia

hellip

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Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

9

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

H2-

Sp

eic

her

Wasser

H2

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

eic

her

CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

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15-1

2-15

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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systemtechnik

Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

201

5-12

-15

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systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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systemtechnik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

EFA

Rap

s

BtL

KU

P

Me

than

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Ro

ute

FT-R

ou

te

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tro

lyse

HT-

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2

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FT-R

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FT-R

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NT-

Elek

tro

lyse

HT-

Elek

tro

lyse

EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

ose

ne

die

sel

CN

G f

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NG

LNG

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G

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H2

via

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H4

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EE-C

H4

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G)

EE-C

H4

(C

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EE-C

H4

(LN

G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

tric

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(04

kV

)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

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die

sel

CN

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SOEC

EE-C

GH

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on

site

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Elec

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(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

ose

ne

die

sel

CN

G f

rom

NG

LNG

fro

m N

G

CG

H2

via

SM

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EE-P

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EE-P

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OEC

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H4

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EE-C

H4

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EE-C

H4

(C

NG

) SO

EC

EE-C

H4

(LN

G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

tric

ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

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Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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Annex

28

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

lect

rici

tyCr

ude

oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

R F

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RE

(GR

EEN

H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 7: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

7

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PtL | Taxonomie und Definition

laquoPower-to-liquidsraquo (PtL) umfasst alle Fluumlssigkraftstoff-Herstellungsrouten die uumlberwiegend auf (erneuerbarem) Strom basieren

Diesel Kerosin und Benzin werden typischerweise co-prouziert 8

Power-to-Anything (PtX)

Power-to-Heat Power-to-Fuels

Power-to-Gas (PtG)

Hydrogen

Methane

Power-to-Liquids (PtL)

Diesel

Kerosene

Gasoline

hellip

Power-to-Chemicals

Ethylene

Ammonia

hellip

LBST

201

6-01

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Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

H2-

Sp

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Wasser

H2

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

LBST

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15-1

2-15

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Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

eic

her

CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

201

5-12

-15

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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systemtechnik

Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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systemtechnik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

EFA

Rap

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BtL

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tro

lyse

HT-

Elek

tro

lyse

EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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systemtechnik

047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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ker

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die

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SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

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(04

kV

)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

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(wit

ho

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taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

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600G

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

28

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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LBST

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5-12

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NEA

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 8: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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systemtechnik

PtL | Taxonomie und Definition

laquoPower-to-liquidsraquo (PtL) umfasst alle Fluumlssigkraftstoff-Herstellungsrouten die uumlberwiegend auf (erneuerbarem) Strom basieren

Diesel Kerosin und Benzin werden typischerweise co-prouziert 8

Power-to-Anything (PtX)

Power-to-Heat Power-to-Fuels

Power-to-Gas (PtG)

Hydrogen

Methane

Power-to-Liquids (PtL)

Diesel

Kerosene

Gasoline

hellip

Power-to-Chemicals

Ethylene

Ammonia

hellip

LBST

201

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systemtechnik

Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

9

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

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Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

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Wasser

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

LBST

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

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CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

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15-1

2-15

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Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

201

5-12

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systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

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GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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systemtechnik

Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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systemtechnik

047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

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site

)

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(04

kV

)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

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(wit

ho

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taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

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300

400

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600G

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kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

28

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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LBST

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NEA

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(GR

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 9: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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Alternativen zum Rohoumll basierten Kerosin

9

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

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Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Speicher

CO2

Benzin Kerosin Diesel

H2-

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Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

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Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

LBST

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15-1

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

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CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

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systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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systemtechnik

Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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systemtechnik

0

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PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

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a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

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Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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047 041 034

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513 514

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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s) [euro

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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ho

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taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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rom

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SM

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EE-P

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G)

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) SO

EC

EE-C

H4

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G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

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tric

ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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Annex

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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oil

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LBST

201

5-12

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 10: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

10

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

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Waumlrme

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

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Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

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CO2

Benzin Kerosin Diesel

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2-15

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

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Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

LBST

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

eic

her

CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

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15-1

2-15

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

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15-1

2-15

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systemtechnik

Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

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Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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0

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900H

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lyse

HT-

Elek

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lyse

EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

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Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

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site

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)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

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taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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-01

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2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

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061 051 041

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SOEC

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kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

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taxe

s) [euro

lD

iese

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qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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systemtechnik

Annex

28

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

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(GR

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 11: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Fischer-Tropsch-Route

11

Elektrolyse Fischer-Tropsch-

Synthese

Hydrocracking Isomerisierung

Destillation

H2 Roh-PtL

CO2-Absorption Regenerierung

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

Inverse CO-Shift

H2

Wasser

CO

CO2

Waumlrme

Waumlrme

Strom

Strom

Wasser

Strom

CO2-Verfluumlssigung

Strom

CO2

CO2-Storage

CO2

Benzin Kerosin Diesel

Wasser

H2

Dampf-erzeugung

Steam Waumlrme

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

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her

CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

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systemtechnik

Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

201

5-12

-15

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systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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systemtechnik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

EFA

Rap

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Elek

tro

lyse

HT-

Elek

tro

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EE-H

2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

raft

sto

ff (

GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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systemtechnik

047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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EE-C

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2 (

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site

)

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(04

kV

)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

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(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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EE-P

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(C

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)

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(LN

G)

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) SO

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H4

(LN

G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

tric

ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

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die

sel

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CG

H2

via

SM

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site

)

EE-P

tL m

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tL F

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EE-P

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ol r

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GH

2 (

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)

Elec

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(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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Annex

28

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

lect

rici

tyCr

ude

oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

R F

UTU

RE

(GR

EEN

H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 12: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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ludwig boumllkow

systemtechnik

Niedertemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

12

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthesis Oligomerisierung

Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Strom

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

H2

H2-

Sp

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her

CO2

CO2-Speicher

Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

201

5-12

-15

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900H

EFA

Rap

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2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

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sto

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GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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systemtechnik

Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

aso

line

ker

ose

ne

die

sel

CN

G f

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NG

LNG

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G)

EE-C

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EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

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(04

kV

)

Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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ho

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s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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lD

iese

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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CN

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EE-C

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G)

SOEC

EE-C

GH

2 (

on

site

)

Elec

tric

ity

(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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systemtechnik

Annex

28

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

lect

rici

tyCr

ude

oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

R F

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RE

(GR

EEN

H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 13: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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systemtechnik

Hochtemperatur-Elektrolyse + Methanol-Route

13

Elektrolyse Methanol-Synthese

DME-Synthese Olefin-Synthese

Oligomerisierung Hydrotreating

H2 CH3OH

CO2-Verfluumlssigung

Benzin Kerosin Diesel

Strom

Strom

CO2 (aus Luft Abgas Biogasaufbereitung)

H2

CO2 CO2

Wasser

Waumlrme

Dampf

Wasser

CO2-Absorption

Regenerierung

CO2

Strom

CO2

CO2-Speicher Dampf-

erzeugung

Dampf Wasser

Waumlrme

LBST

20

15-1

2-15

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

201

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-15

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systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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systemtechnik

Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

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(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

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5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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systemtechnik

Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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047 041 034

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572 577

474 475

513 514

423

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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taxe

s) [euro

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

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134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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LBST

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 14: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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Technology Readiness Level (TRL)

Technology maturity in principle given for standard process components

ndash PEMalkaline electrolyser scale-up and deployment prerequisite for cost reduction

ndash High-temperature electrolysis (SOEC) performance to be validated scaling-up and demonstration

Demonstration of full pathway(s) to build confidence

14

Fuel Pathway TRL

today TRL

2020

PtL

Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9

Fischer-Tropsch route with high temperature electrolysis 5 8

Methanol route with low temperature electrolysis 8-9 9

Methanol route with high temperature electrolysis 5 8

PtG-H2 Low temperature electrolysis 8 9 LBST

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systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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0

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Biomasse PV Wind

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CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

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Min

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LBST

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Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

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Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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systemtechnik

Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

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Fuel costs ndash EU ndash 2015

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134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

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kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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ho

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s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

100

200

300

400

500

600G

aso

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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systemtechnik

Annex

28

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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LBST

201

5-12

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 15: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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systemtechnik

Aktuelle PtL-Projekte

Bislang keine vollstaumlndige PtL-Anlage fuumlr Kerosinproduktion realisiert jedoch wichtige Elemente derzeit in Demonstration

Fischer-Tropsch-Route

ndash Sunfire (Roh-FT DresdenDE in Betrieb 160 LiterTag)

Methanol-Route

ndash HS Orka ReykjanesIsland (in Betrieb Methanol)

ndash Silicon Fire AlthenrheinSchweiz (in Betrieb 1000 LiterTag Methanol)

ndash Steag Mitsubishi et al LuumlnenDE (in Bau Methanol)

ndash Primus Green Energy HillsboroughUSA (in Betrieb 43 LiterStunde Benzin)

ndash Blue Fuel Energy BCKanada (in Entwicklung 106000 LiterTag Benzin)

15

copy Steag

copy Sunfirerenedeutscherde

copy ThinkGeoEnergy Lizenz CC BY 20 2012

copy Armin Graumlssl Silicon Fire 2011

copy Primus GE 2013

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systemtechnik

Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

16

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systemtechnik

0

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900H

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Elek

tro

lyse

HT-

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2

PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

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raft

sto

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GJ

(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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systemtechnik

047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

237

000

100

200

300

400

500

600G

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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s) [euro

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l-e

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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-01

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2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

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200

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400

500

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GH

2 (

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site

)

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(04

kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

sts

(wit

ho

ut

taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

000

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Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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l co

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(wit

ho

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taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

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Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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systemtechnik

Annex

28

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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tyCr

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oil

Refinery

LBST

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5-12

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NEA

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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ludwig boumllkow

systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

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Flaumlchenintensitaumlt

Windenergie

ndash Nennleistung 3 MW

ndash Rotordurchmesser 115 m

ndash Abstand zwischen Windkraftanlagen 4 Rotordurchmesser

ndash Jahresertrag 2071 kWh pro kW

Photovoltaik

ndash Sonneneinstrahlung 900 kWh(msup2a)

ndash Modulwirkungsgrad 15

ndash Performance Ratio 80

ndash ModulflaumlcheLandflaumlche 33

Biomasse

ndash Raps 37 t Rapskoumlrner pro ha und Jahr bei 91 Trockensubstanz

ndash Kurzumtrieb (KUP) 10 t Trockensubstanz pro ha und Jahr

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Elek

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PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

ag K

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(ha

a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

Max

LBST

201

5-12

-15

Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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047 041 034

251

512534

572 577

474 475

513 514

423

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000

100

200

300

400

500

600G

aso

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2 (

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site

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Elec

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kV

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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taxe

s) [euro

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iese

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qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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-01

-08

2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

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259 275237 236 246 248

214 216 205 209

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

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-01

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2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

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kV

)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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taxe

s) [euro

lD

iese

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

28

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

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PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2 PtL - NT-Elektrolyse PtL - HT-Elektrolyse PtCH4 PtH2

Biomasse PV Wind

Ertr

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a))

CO2 aus Luft

CO2 aus Biogasaufbereitung

CO2 aus Abgas

Min

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LBST

201

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Kraftstoffertrag pro Flaumlcheneinheit well-to-tank

17

Power-to-Liquids Power-to-Methane (CH4) Power-to-Hydrogen (H2)

Biomasse

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systemtechnik

Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

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[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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systemtechnik

047 041 034

251

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474 475

513 514

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

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site

)

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(04

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)

Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

l co

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ho

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taxe

s) [euro

lD

iese

l-e

qu

iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

Fue

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s) [euro

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l-e

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Annex

28

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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Refinery

LBST

201

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 18: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Wasserbedarf

Wasserbedarf PtX-Kraftstoffe gguuml Biokraftstoffe vernachlaumlssigbar

bdquoGruumlnes Wasserldquo Regenwasser das im fruchtbaren Boden gespeichert ist

bdquoBlaues Wasserldquo Wasser das aus Grundwasserreserven und Oberflaumlchengewaumlsser entnommen wird 18

Gruumlnes Wasser (msup3GJ)

Blaues Wasser (msup3GJ)

Summe (msup3GJ)

Summe (lH2OlDi-Aumlquiv)

Quelle

Jatrophaoumll 239 335 574 20598

globaler Oslash [JRC 2013]

Rapsoumll 145 20 165 5921

Sojaoumll 326 11 337 12093

Palmoumll 150 0 150 5383

Sonnenblumenoumll 428 21 449 16112

Ethanol aus Mais 94 8 102 3660

Ethanol aus Zuckerruumlben 31 10 41 1471

Ethanol aus Zuckerrohr 60 25 85 3050

H2 aus Elektrolyse 0 0076 0076 272 LBST

PtCH4 via Methanisierung 0 0057 0057 203 LBST

PTL via Methanol-Route 0 0038 0038 138 LBST

PTL via FT-Route 0 0040 0040 143 LBST

LBST

201

5-12

-15

[JRC 2013] European Commission Joint Research Centre (JRC) Bioenergy and Water Report EUR 26160 2013

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

047 041 034

251

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572 577

474 475

513 514

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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-01

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2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

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-01

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2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

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PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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ludwig boumllkow

systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

28

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

19

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systemtechnik

047 041 034

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474 475

513 514

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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2015

Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

158

259 275237 236 246 248

214 216 205 209

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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-01

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2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

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Fue

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

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-01

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PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Annex

28

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 20: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

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Methane hydrogen Gasolinekerosenediesel Methane H2

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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Fuel costs ndash EU ndash 2015

20

134 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equiv full load period CO2 from air 60 US$bbl fossil liquids (today) 0 eurot C02

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Fuel costs ndash EU ndash 2050

21

061 051 041

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259 275237 236 246 248

214 216 205 209

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

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-01

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2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

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LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

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PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

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FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

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RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

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ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

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LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Annex

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LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

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Kerosin

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Sonstige

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Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

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Crude oil Crude oilGasolineDiesel

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

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LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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Fuel costs ndash EU ndash 2050

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Distribution via truck Filling stationReference

LBST

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2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

80 ctkWh electricity costs (incl transport) 4000 ha equivalent full load period CO2 from air 100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

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Liquid fuelsreference

Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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iv]

LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

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PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Annex

28

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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Refinery

LBST

201

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 22: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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Fuel costs ndash PtL Import vs domestic RESPtH2 ndash 2050

22

061 051 041

158176 186

160 159

230 232 225 227205 209

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Gasolinekerosenediesel Methane H2

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Gaseous fuels reference Liquid fuels Gaseous fuels Electricityfor BEV

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LNG shipping NG costs (excl transport) Electricity costs H2 productionH2 storage (incl compressor) CO2 provision Methanationsynthesis NG gridCH4 storage CH4 liquefaction (onsite) Transport to EU Distribution via truck Filling stationReference

LBST

20

16

-01

-08

PtL import from North Africa- Electricity from SOT with heat storage (55 ctkWh 6500 ha)

- CO2 from air via TSA

FOSSIL IMPORT RENEWABLE DE

PtG (H2 CH4) in Germany- Renewable electricity mix (82 ctkWh 4000 ha)incl electricity transport

- CO2 from air via TSA

RENEWABLE IMPORT 2050

Source LBST Renewables in Transport 2050 FVV (ed) 2016

100 US$bbl fossil liquids (IEA) 0 eurot C02

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

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Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

28

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

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29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

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LBST

201

5-12

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

23

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Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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Annex

28

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Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

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Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

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Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

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systemtechnik

Routenplanung

PtL-Kerosin hat groszlige Potenziale fuumlr THG-Reduktion in der Luftfahrt Wichtiger Baustein neben Effizienzsteigerung von Fluggeraumlt und Flugbetrieb

Weitere Kostendegression EE-Strom Elektrolyse Verfahren Massenfertigung

Zwei vielversprechende PtL-Routen (etablierte Komponenten) Wettbewerb

PtL leicht transportierbar Lokale Wertschoumlpfung an favorablen Standorten weltweit

Geringere Schadstoffemissionen durch synthetisches Kerosin wahrscheinlich Reduktion der Klimawirkungen in groszligen Houmlhen

=gt Validierung PtL-Kerosin

ndash Pilotproduktion mit flexiblem Anlagenbetrieb

ndash Emissionsmessungen in stationaumlren Turbinenmessstaumlnden

ndash Emissionsmessungen im Abgasstrahl in Reiseflughoumlhe (Zertifizierung Methanol-Route vorausgesetzt)

PtL = Elektrifizierung der Kraftstoffproduktion (well-to-tank)

Elektrifizierung der Fluggeraumlte (tank-to-wake) weiter verfolgen 24

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

ludwig boumllkow

systemtechnik Bauhaus

Luftfahrt

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

Werner Weindorf (Dipl-Ing)

LBST Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

Daimlerstr 15 85521 MuumlnchenOttobrunn httpwwwlbstde

27

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systemtechnik

Annex

28

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systemtechnik

Literature

P Schmidt W Zittel W Weindorf T Raksha (LBST)

Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

httpwwwfvv-netdeendownloadrenewables-in-transport-2050renewables-in-transport-2050html

29

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systemtechnik

Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

lect

rici

tyCr

ude

oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

R F

UTU

RE

(GR

EEN

H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 25: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

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Agenda

1 LBST

2 Warum PtL

3 PtL-Herstellung

4 PtL-Kosten

5 Diskussion

6 Ankuumlndigung

25

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systemtechnik

Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

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T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

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Literature

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Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

Download

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

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tyCr

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oil

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

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Ankuumlndigung

Ein PtL-Hintergrundpapier und Flyer wird aktuell von LBST und Bauhaus Luftfahrt erstellt

Auftraggeber ist das Umweltbundesamts (UBA)

Vorstellung im ICAO-Umfeld fuumlr dieses Jahr geplant

Inhalte ua

ndash Techno-Oumlkonomie von Power-to-Liquids

ndash Entwicklungspotenziale

ndash Umweltbewertung

ndash Einbettung in die Energielandschaft

26

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Kontakt

Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

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28

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Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

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tyCr

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oil

Refinery

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201

5-12

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NEA

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33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

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Patrick Schmidt (Dipl-Ing)

T +49 (0)89 608110-36 E PatrickSchmidtLBSTde

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Annex

28

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Literature

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Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

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rici

tyCr

ude

oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

R F

UTU

RE

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EEN

H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

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28

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Renewables in Transport 2050 ndash Empowering a sustainable mobility future with zero emission fuels from renewable electricity ndash Europe and Germany

FVV-Report 1086 2016

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

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Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

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rici

tyCr

ude

oil

Refinery

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201

5-12

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R F

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Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

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LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

ludwig boumllkow

systemtechnik

Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

LBST 19012015

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

lect

rici

tyCr

ude

oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

R F

UTU

RE

(GR

EEN

H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

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Definition der Technology Readiness Levels (TRL)

30

Nr TRL Beschreibung nach bdquoHorizon2020ldquo [EC 2014]

1 Grundprinzip verstanden

2 Technisches Konzept beschrieben

3 Konzept experimentell nachgewiesen

4 Technologie im Labor validiert

5 Technologie im industriellem Kontext validiert

6 Technologie im industriellen Kontext demonstriert

7 Prototyp im laumlngeren Betrieb demonstriert

8 Funktionsfaumlhigkeit des Systems nachgewiesen

9 Funktionsfaumlhigkeit des Systems im laumlngeren Betrieb nachgewiesen

[EC 2014] European Commission (EC) Horizon 2020 ndash Work Programme 2014-2015 General Annexes G Technology readiness levels (TRL) 23 July 2014 httpeceuropaeuresearchparticipantsdatarefh2020wp2014_2015annexesh2020-wp1415-annex-g-trl_enpdf

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

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rici

tyCr

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oil

Refinery

LBST

201

5-12

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NEA

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

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Exkurs

Verringerung der Treibhausgasemissionen von Rohoumll-produkten (einschlieszliglich Kerosin) durch Einsatz von gruumlnem Wasserstoff in Raffinerien

31

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

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Refinery

LBST

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5-12

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NEA

R F

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

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Wasserstoff in Raffinerien | Rolle

Externer H2-Bedarf in Raffinerien steigt beihellip

sinkenden Rohoumllqualitaumlten (Schwefelgehalte)

sinkenden Schweroumllbedarfen (Schifffahrt) 32

Raffinerie

H2 Quellen Reformer

Platformer

H2 Verbraucher Entschwefelung Hydrotreating Hydrocracking

Rohoumll

Benzin

Kerosin

Diesel

Sonstige

H2

H2

Nettobedarf H2 Heute Reformierung von Erdgas Zukunft Wasserelektrolyse mit erneuerbarem Strom

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Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

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tyCr

ude

oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

R F

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(GR

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H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

33

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

34

Page 33: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Potenzial fuumlr Deutschland

7 THG-Emissionen der Raffinerie = 15 Millionen t CO2eqa

Auswirkungen auf die Kraftstoffgestehungskosten +05 ctlDiesel-Aumlquiv

Wasserstoff in Raffinerien | Szenario gruumlner Wasserstoff

Electrolysis Compression amp storage

Photovoltaic

Wind power

Extraction Transport Distribution Refuelling station

H2

H2Electricity

Electricity

Crude oil Crude oilGasolineDiesel

GasolineDiesel

Ren

ew e

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tyCr

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oil

Refinery

LBST

201

5-12

-09

NEA

R F

UTU

RE

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EEN

H2)

Source LBST et al Power-to-Gas Expertise for Tuck Foundation 2016

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LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

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Page 34: Kraftstoffe der Zukunft in der Luftfahrt - lbst.de · Fuel Pathway TRL today TRL 2020 PtL Fischer-Tropsch route with low temperature electrolysis 8-9 9 Fischer-Tropsch route with

LBSTde 1 Maumlrz 2016 Ludwig-Boumllkow-Systemtechnik GmbH

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systemtechnik

Gruumlner Wasserstoff in Raffinerien | Maszlignahmen

Mindestens 6 THG-Reduktion in Kraftstoffen bis 2020 gefordert nach EU Fuel Quality Directive

Nationale Umsetzung (BImSchG) sieht derzeit insbesondere Biokraftstoffe fuumlr Zielerreichung vor

Minderungsmaszlignahmen innerhalb der Raffinerie derzeit nicht anrechenbar

Verordnungsermaumlchtigung (BImSchG Dritter Teil zweiter Abschnitt sect37d Absatz 2) liegt vor um weitere erneuerbare Kraftstoffe und Maszlignahmen anrechenbar zu gestalten

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