Table Of ContentKarim Ghaib
Das Power-to-
Methane-Konzept
Von den Grundlagen
zum gesamten System
essentials
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Karim Ghaib
Das Power-to-
Methane-Konzept
Von den Grundlagen zum
gesamten System
Karim Ghaib
Düren, Deutschland
ISSN 2197-6708 ISSN 2197-6716 (electronic)
essentials
ISBN 978-3-658-19725-4 ISBN 978-3-658-19726-1 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-19726-1
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Was Sie in diesem essential finden können
• Einen umfassenden aktualisierten Stand der Technik des Power-to-Methane-
Konzepts
• Grundlagen der Wasserelektrolyse und Stand der Zelltechnik
• Potenzielle CO -Quellen und CO -Trenntechnologien
2 2
• Fundamente der Methanisierung und Stand der Katalyse- und Reaktortechnik
• Darstellung verschiedener Power-to-Methane-Analgen
V
Vorwort
Die regenerativen Energiequellen sind zumindest im Fall von Wind und Sonnen-
strahlung bekanntlich abhängig von Tageszeiten, Jahreszeiten, räumlicher Lage
und Wetter und stehen selten bedarfsgerecht zur Verfügung. Diese Unstimmigkeit
muss ausgeglichen werden bzw. der Energieüberschuss muss anderweitig genutzt
werden. Hier könnte Power-to-Methane eine wichtige Rolle in Zukunft spielen.
Dieses essential möchte die wesentlichen technischen Informationen über das
Power-to-Methane-Konzept geben. Der technische Stand der Power-to-Methane-
Prozesskette wird dargestellt und bewertet. Fachleute werden in dem essential eine
verlässliche technische Grundlage für ihre Überlegungen und Strategien finden.
Düren Karim Ghaib
August 2017
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung .................................................. 1
2 Wasserelektrolyse ........................................... 3
2.1 Grundlagen ............................................. 3
2.2 Zelltechnik ............................................. 6
2.2.1 AEL ............................................ 6
2.2.2 PEMEL. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.3 SOEL ........................................... 8
2.2.4 Vergleich der Zelltechnologien ....................... 8
3 CO für Power-to-Methane ................................... 11
2
3.1 CO -Quellen ............................................ 11
2
3.2 CO -Trenntechnologien ................................... 12
2
3.2.1 Absorption ....................................... 12
3.2.2 Adsorption ....................................... 13
3.2.3 Membran ........................................ 14
3.2.4 Kryogene Destillation .............................. 14
3.2.5 Vergleich der CO -Trennprozesse ..................... 14
2
4 Methanisierung ............................................. 17
4.1 Thermodynamik ......................................... 17
4.2 Katalyse ............................................... 20
4.3 Reaktorkonzepte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
IX
X Inhaltsverzeichnis
5 Power-to-Methane-Anlagen ................................... 29
5.1 ZSW-250-kW -Demonstrationsanlage ....................... 29
el
5.2 Audi e-gas ............................................. 30
5.3 HELMETH-Projekt ...................................... 30
6 Zusammenfassung ........................................... 33
Literatur ...................................................... 37
1
Einleitung
Bei steigendem Anteil erneuerbares Stroms aus Sonnen- und Windenergie wird
der Überschuss elektrischer Energie eine Herausforderung sein, die gelöst werden
muss. Eine vielversprechende Lösung, die zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist
Power-to-X.
Power-to-X ist ein Sammelbegriff verschiedener Technologien zur Speiche-
rung bzw. anderweitigen Nutzung von überschüssiger elektrischer Energie. Zu den
Power-to-X-Technologien zählt Power-to-Methane (PtM), das vor allem in den
Regionen, in denen eine Erdgasinfrastruktur existiert, als attraktive Lösung gilt.
Abb. 1.1 zeigt das Prinzip des PtM-Konzepts. Eine PtM-Anlage besteht im
Wesentlichen aus einem Wasserelektrolyseur, einer CO -Aufbereitungseinheit
2
(wenn CO in einem ungeeigneten Gasgemisch vorhanden ist) und einem Metha-
2
nisierungsreaktor (Ghaib et al. 2016b). In Zeiten des überschüssigen Stroms wird
H durch die Wasserspaltung im Elektrolyseur erzeugt. Der erzeugte H und
2 2
CO werden im Methanierungsreaktor in ein Gasgemisch, das hauptsächlich aus
2
CH und H O besteht umgewandelt. Das Produktgas wird zu einem methanrei-
4 2
chen Gas, dem sogenannten synthetischen Erdgas (synthetic natural gas; SNG),
aufbereitet (die Aufbereitungseinheit ist nicht in der Abbildung dargestellt). Das
erzeugte SNG kann als Kraftstoff für den Transport, als Brennstoff im Wohnbe-
reich und zur Stromerzeugung bei Strombedarf, sowie als Rohstoff in der Indust-
rie verwendet werden.
Das Ziel des vorliegenden essentials ist es, einen umfassenden aktualisierten
Stand der Technik des PtM-Konzepts, der dem Leser ein strukturiertes techni-
sches Verständnis des Konzepts verleiht, zu präsentieren. Die Arbeit ist wie folgt
aufgebaut. Die Wasserelektrolyse wird in Kap. 2 angegangen. CO für PtM wird
2
in Kap. 3 diskutiert. Die Methanisierung wird in Kap. 4 veranschaulicht. PtM-
Anlagen in Betrieb und im Bau werden in Kap. 5 kurz dargestellt. Abschließend
wird die Arbeit in Kap. 6 zusammengefasst.
© Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2017 1
K. Ghaib, Das Power-to-Methane-Konzept, essentials,
https://doi.org/10.1007/978-3-658-19726-1_1
