Das Potenzial von Power-to-X freisetzen: Die Zukunft nachhaltiger Energielösungen
Power-to-X ist der Prozess, bei dem Strom in etwas anderes (x) umgewandelt wird. Beispielsweise kann Strom durch Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt werden, der dann allein oder in Verbindung mit anderen Komponenten zur Herstellung von Kraftstoffen oder Chemikalien verwendet werden kann. Der grüne Übergang kann ohne Power-to-X nicht vollzogen werden. In vielen Situationen, z. B. bei der Verwendung von Elektrofahrzeugen oder Wärmepumpen zum Beheizen unserer Häuser, können fossile Brennstoffe sofort durch Elektrizität ersetzt werden. Allerdings kann nicht alles mit Strom oder Batterien betrieben werden. Da Energie als Grundlage für die Herstellung grüner Kraftstoffe genutzt werden kann, ist Power-to-X entscheidend für den Einsatz beispielsweise im Schwerlastverkehr, in Flugzeugen, Schiffen und Lastwagen. Die sehr energieintensiven Verfahren, die in einem Teil unserer industriellen Produktion eingesetzt werden, fallen in die gleiche Kategorie. Power-to-X kann auch garantieren, dass wir die Chemikalien haben, die wir zur Herstellung von Kunststoffen, Medikamenten und zahlreichen anderen Artikeln benötigen, die wir täglich verwenden und die derzeit aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden.
Wie funktioniert Power-to-X
Power-to-X nutzt nachhaltige Energiequellen wie Solar- und Windenergie, um seinen Strom zu erzeugen. In der ersten Phase von Power-to-X wird Wasser (H2O) elektrolysiert und mithilfe der Energie (O) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgeteilt. Wasserstoff kann nicht nur direkt als Kraftstoff verwendet werden, sondern auch in einem Syntheseverfahren unter Zusatz von Stickstoff (N) oder Kohlenstoff (C) aus CO2 eingesetzt werden. Dadurch entstehen neue Kraftstoffe und Chemikalien, darunter Ammoniak, Methanol und Methan. Da sie mit Strom hergestellt werden, werden diese häufig als E-Fuels oder Elektro-Kraftstoffe bezeichnet. Sie können als Kraftstoff für Fahrzeuge wie Lastwagen, Schiffe und Flugzeuge verwendet werden. Um Power-to-X zu ermöglichen, wird daran geforscht, wie die beiden Prozesse zusammengeführt werden können.
Beispiele für Power-to-X
Syntheseverfahren mit Kohlenstoff
E-Fuels wie E-Diesel, E-Methanol, E-Kerosin, E-Dimethylether (E-DME) und E-Methan können durch Mischen von Kohlenstoff mit Wasserstoff erzeugt werden. Diese Kraftstoffe sind chemisch äquivalent zu den aktuellen fossilen Brennstoffen, wodurch sie sich sofort für den Einsatz im Schwerlastverkehr eignen. Da sie mit erneuerbarer Energie und Kohlenstoff hergestellt werden, den wir aus früheren Verwendungen recyceln, sind die Kraftstoffe klimaneutral.
Syntheseverfahren mit Stickstoff
Grüner Ammoniak (E-Ammoniak), der als Dünger in der Landwirtschaft oder schließlich als Kraftstoff für die Schifffahrt verwendet werden kann, entsteht durch die Kombination von Stickstoff (N) mit Wasserstoff. Derzeit stellen große, sehr energieintensive Anlagen Ammoniak für die Verwendung in landwirtschaftlichen Düngemitteln her. Die Herstellung von Ammoniak ist für über 1 % aller globalen Kohlenstoffemissionen verantwortlich. Daher wird die Umstellung auf E-Ammoniak maßgeblich zur Entwicklung einer nachhaltigeren Landwirtschaft beitragen.
Warum ist Power-to-X notwendig
Erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind sind entscheidend für den Übergang zu einer Zivilisation ohne fossile Brennstoffe. In dieser Situation ist die Fähigkeit, Energie zu speichern, von entscheidender Bedeutung, damit wir sie auch dann nutzen können, wenn die Sonne nicht scheint und keine Brise weht. Darüber hinaus kann ein Teil unserer Transport- und Fertigungssektoren nicht elektrifiziert werden und benötigt stattdessen Strom, der in eine andere Form umgewandelt wird. Für Fahrzeuge wie Schiffe, Lastwagen und Flugzeuge, die nicht mit Strom oder Batterien betrieben werden können, kann Power-to-X den Kraftstoff sichern, den sie benötigen. Power-to-X ist entscheidend, um die Herstellung zahlreicher Artikel zu sichern, die derzeit aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden, darunter Farben, Polymere und Pharmazeutika.
Fazit
Die Verfahren in Power-to-X können schon seit geraumer Zeit abgeschlossen werden. Power-to-X muss jedoch deutlich energieeffizienter werden, damit die produzierten Kraftstoffe tragfähig und damit wettbewerbsfähig sind, wenn es wirklich dazu beitragen soll, den steigenden Energiebedarf der Welt zu decken. Die Suche nach der optimalen Art und Weise, die Power-to-X-Technologien mit dem Rest des Energiesystems zu verbinden, stellt die Forscher immer noch vor eine Herausforderung. Um von Anfang an die bestmögliche Synergie mit dem Rest des Energiesystems zu schaffen, müssen intelligente Lösungen in Bezug auf Systemarchitektur, Daten, Digitalisierung und Automatisierung entwickelt werden.