Hybridanlage bietet ganzjährig flexible Energieversorgung
Der Anteil erneuerbarer Energiequellen im Energiemix nimmt immer weiter zu. Laut der neuesten Marktprognose für erneuerbare Energie der Internationalen Energieagentur könnte er zwischen 2019 und 2024 um 50 % zunehmen. Zwar hilft dieser Anstieg, die CO2-Emissionen zu reduzieren und den Klimawandel zu bekämpfen, ihre Verfügbarkeit und die schwankende Stromnachfrage auszugleichen, stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Zum Beispiel erzeugen Solar- und Windenergietechnologien nur bei sonnigen bzw. windigen Tagen Energie.
Nachhaltige Biokraftstoffe: Was hält sie auf?
Die verlässliche Energiespeicherung ist die wichtigste Zieltechnologie, um das erhebliche Potenzial erneuerbarer Energien auszuschöpfen. Die Nutzung von Wasserstoff zur Energiespeicherung ist auch für die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) von Bedeutung, die unter anderem in städtischen Fernwärme- und Zentralheizungssystemen für größere Gebäude zum Einsatz kommt. „Moderne KWK-Technologien stehen im sich wandelnden europäischen Strommarkt unter großem finanziellem Druck. Es besteht ein dringender Bedarf nach neuen, flexiblen Fernwärme- und KWK-Systemen, die auch bei der zunehmenden Durchdringung der fluktuierenden Energieversorgung wirtschaftlich zumutbar bleiben“, bemerkt Esa Kurkela, Koordinator des EU-finanzierten Projekts FLEXCHX. Die Kopplung von Strom, Wärme und einem Zwischenprodukt, das zu einem Kraftstoff raffiniert werden kann, bietet eine günstige Möglichkeit, um das Problem der mangelhaften Abstimmung zwischen der Verfügbarkeit von Solarenergie und der Nachfrage nach Strom und Wärme zu lösen. „Moderne Biokraftstoffe machen einen wichtigen Teil der CO2-armen Verkehrsentwicklung seit den frühen 2000er-Jahren aus, ihr industrieller Einsatz wurde jedoch ausgebremst. Das liegt vor allem daran, dass sie zunächst durch größenbedingte Kosteneinsparungen zufriedenstellende wirtschaftliche Ergebnisse einbringen sollen. Die Folge sind riesige Anlagen (mit einer Leistung von mehr als 300 MW), die in den Augen der Investoren am Ende ein zu großes Risiko darstellen“, so Kurkela weiter. „Auch die Suche nach einer Kundschaft, die eine derart hohe Wärmezufuhr effektiv nutzen kann, gestaltet sich schwierig.“
Das FLEXCHX-Verfahren
Dem am FLEXCHX-Projekt beteiligten Forschungsteam gelang mit einer innovativen Anlage, die zu einem Umdenken darüber geführt hat, wie die Kraft-Wärme-Kupplung mit fluktuierenden erneuerbaren Energien kombiniert werden kann, ein Durchbruch. „Wir haben ein flexibles und integriertes Verfahren entwickelt, das die Elektrolyse von Wasser mit der Biomassevergasung und der katalytischen Verflüssigung kombiniert. Dadurch entstehen Wärme, Strom und ein Energieträger als Zwischenprodukt – das Fischer-Tropsch-Wachs – das mithilfe einer bereits vorhandenen Erdölraffinationsanlage zu Kraftstoff verarbeitet werden kann“, erklärt Kurkela. FLEXCHX-Anlagen lassen sich in verschiedene KWK-Systeme auf industrieller Ebene und bei der Fernwärmeversorgung einbinden. „Im Sommer werden die erneuerbaren Kraftstoffe aus Biomasse und Wasserstoff hergestellt. Dabei entsteht der Wasserstoff durch die Wasserelektrolyse, die von kostengünstiger überschüssiger Energie aus dem Stromnetz angetrieben wird. An den dunklen Wintertagen läuft die Anlage mit Biomasse, wodurch die Produktion von Wärme, Strom und Fischer-Tropsch-Wachs maximiert wird. Der Großteil der Anlagenkomponenten wird ganzjährig eingesetzt – nur die Elektrolyseeinheit wird saisonabhängig betrieben“, merkt Kurkela an. Dieselbe Anlage entweder mit Biomasse oder in Kombination mit erneuerbarer Elektrizität flexibel zu betreiben, stellt eine radikale Neuerung dar. Moderne Fernwärmekraftwerke, die mit Biomasse versorgt werden, werden normalerweise nur an kalten Tagen betrieben und laufen etwa 5 000 Stunden pro Jahr. Im Vergleich dazu beläuft sich die jährliche Betriebsdauer herkömmlicher Power-to-Fuel-Anlagen, die Sonnenenergie nutzen, auf rund 3 000 Stunden. Der wichtigste Vorteil des FLEXCHX-Verfahrens besteht darin, dass es das ganze Jahr über konstant Energie, Brennstoff und Wärme produziert.
Schlüsselbegriffe
FLEXCHX, Biomasse, KWK, Fernwärme, Kraftstoff, Fischer-Tropsch-Wachs, Kraft-Wärme-Kopplung
