Energieforschung für übermorgen

Dekarbonisierung – dafür wird derzeit wird eine Vielzahl von Technologien erforscht und einer Bewertung unterzogen.
nach Quelle: E&M PowerNews, 13. November 2017
Einen Überblick über die Themen und den Forschungsstand gab es auf der Jahrestagung des Forschungs-Verbunds Erneuerbare Energien (FVEE) in Berlin. Speicher- und Umwandlungstechnologien, Power-to-Heat, Power-to-Gas, Power-to-Chemicals (zusammenfassend Power-to-X) − die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende braucht eine Vielzahl von Technologien, die unterschiedliche Aufgaben im Energiesystem lösen.
Diese sind im Prinzip bereits vorhanden, doch gilt es, sie zu optimieren, fehlende Komponenten zu ergänzen, weitere Innovationen zu entwickeln, sie effizienter und kostengünstiger zu machen und schließlich die Technologien zur Marktfähigkeit zu entwickeln. Konkrete Forschung dazu betreiben die insgesamt 14 im FVEE kooperierenden deutschen Forschungseinrichtungen. Ob Technologien für erneuerbare Energien, Energieeffizienz, Energiespeicherung und das optimierte technische und sozio-ökonomische Zusammenwirken aller Systemkomponenten − gemeinsames Ziel ist die Transformation der Energieversorgung zu einem nachhaltigen Energiesystem.
Wichtiger Schwerpunkt: Low Carbon-Industrie
Ein besonderer für Deutschland wichtiger Bereich dabei ist die Entwicklung einer Low Carbon Industrie, denn gerade in energieintensiven Unternehmen stellt die Dekarbonisierung der Prozesse eine große Herausforderung dar. „Es geht um die Technologien, die die letzten Meter bis zur CO2-Neutralität ermöglichen“, sagt Clemens Schneider vom Wuppertal Institut, das bei einem Forschungsvorhaben dazu die Federführung hat. Größte Treibhausgas-Emittenten sind die Stahlindustrie, die laut seinen Angaben im Jahr 2010 allein 101 Mio. Tonnen CO2 direkt ausstieß, dazu die Zementindustrie mit 41 Mio. Tonnen und die Petrochemie mit 42 Mio. Tonnen CO2. Die direkten CO2-Emissionen der energieintensiven Industrie betrugen in 2010 insgesamt 380 Mio. Tonnen.
Derzeit werden nach Aussage Schneiders verschiedene Ansätze zur Dekarbonisierung in diesen Industrien erforscht und großenteils bereits in Pilotanlagen erprobt. Dabei geht es unter anderem um effizientere Schmelzverfahren beim Stahl oder um die direkte Reduzierung des Kohlenstoffs bei der Eisengewinnung aus Eisenerz, wobei Wasserstoff eingesetzt wird. Erforscht wird die Verringerung des Wärmebedarfs bei der Zementproduktion wie auch die CO2-Abscheidung durch den Einsatz des Oxyfuel-Verfahrens.
CO2-Abscheidung, Power-to-Heat und Gasifizierung
Im Bereich der Kunststoffproduktion beschäftigt man sich insbesondere mit CO2-Abscheidung und Effizienzsteigerungen bei den sogenannten „Crackern“, in denen das Erdöl aufgespalten wird. Zudem wird auch die Gasifizierung kohlenstoffhaltiger Reststoffe erforscht. Relativ weit sei man schon bei der Entwicklung elektrischer Öfen mit Hochtemperatur-Wärmepumpen, berichtete der Wissenschaftler. Bei all diesen Verfahren sieht Schneider Förderbedarf, damit sie zur rechtzeitig zur Verfügung stehen.
Die einzelnen Forschungsinstitute widmen sich dabei unterschiedlichen Schwerpunkten: So beschäftigt sich etwa das Wuppertal Institut im Auftrag der European Climate Foundation mit der Dekarbonisierung der energieintensiven Grundstoffindustrie in Nordrhein-Westfalen und hat auch bereits Pfade für eine Low Carbon Petrochemie im Rotterdamer Hafen entwickelt. Das Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrttechnik untersucht Power-to-Heat in Chemieparks, vor allem die Integration von Wärmespeichern in KWK-Anlagen. Das Fraunhofer ISE erforscht den Einsatz von solarer Wärme für industrielle Prozesse – um nur einige zu nennen.
Bedarf an Power-to-X steigt in den nächsten Dekaden enorm
„Wir sehen bei Power-to-X eine sehr heterogene Technologieentwicklung“, sagt Simon Schwarz, Wissenschaftler am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW). Es sei immer die Adaptation auf den jeweiligen Anwendungsfall erforderlich. Hemmnisse für die Entwicklung sieht er angesichts der Konkurrenz von Erdgas und Biogas vor allem in den Kosten, die er mit 1 000 Euro/kW beziffert. Daher sei neben dem Upscaling ein ordnungsrechtlicher Rahmen notwendig, der die fossilen Energien verteuert (etwa durch eine CO2-Abgabe) und ein Level-Playing-Field für den Einsatz der Technologien bei der Systemkopplung schafft, wozu die Abschaffung der Letztverbraucherabgaben gehöre.
Der globale Bedarf für Power-to-X liegt laut Schätzungen aus einem noch unveröffentlichten Bericht des ZSW für 2030 bei 5-10 GW. „Damit wäre zwischen 2020 und 2030 ein Zubau von jährlich 0,5 bis 1 GW nötig“, erläutert Schwarz. Für den Zeitraum von 2030 bis 2050 wurde ein Bedarf von 45 bis 120 GW ermittelt, was einen Zubau von 2 bis 4 GW/a erforderlich machen würde. Die große Bandbreite der Zahlen beruhe auf der schlechten internationalen Datenlage, so Schwarz.
Er betont: Je nachdem, wie viel Zeit man sich bei der Entwicklung der Technologien lasse, müsste die Kurve noch wesentlich steiler verlaufen. „Power-to-X ist sehr vielseitig und bietet Lösungen für sehr viele Problemstellungen der Energiewende“, resümiert Schwarz. Er erwartet, dass sich die Technologie nicht linear, sondern sprunghaft entwickeln wird. „Es wäre gut, sie heute zu entwickeln und in den Markt einzuführen, damit sie übermorgen vorhanden ist.“
 
Autorin: Angelika Nikionok-Ehrlich