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Verbundvorhaben: Innovative Erzeugung von SNG und CNG aus biogenen Rest- und Abfallstoffen (Res2CNG)

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Eltrop, Ludger; Graf, Frank; Colomar, David; Härdtlein, Marlies; Anghilante, Règis; Schmid, Max; Ortloff, Felix; Müller, Christian

2018

Projektbericht - Abschlussbericht

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Beschreibung

Im Forschungsvorhaben wurde ein hochintegriertes Verfahren entwickelt, welches die effiziente stoffliche Umwandlung von Rest- und Abfallstoffen zu methanbasierten Kraftstoffen ermöglicht. Als Reststoffe mit dem höchsten Potenzial für Baden-Württemberg wurden Waldrestholz, Stroh und Klärschlamm identifiziert. Unter der Annahme einer Nutzung von lediglich 50 % des Rohstoffaufkommens kann der prognostizierte jährliche Bedarf an synthetischem Erdgas von 54 PJ um das 1,3-fache gedeckt werden.

Nach thermo-chemischem Aufschluss der Substrate durch Vergasung wird das produzierte Synthesegas gereinigt und mit Elektrolyse-Wasserstoff zu synthetischem Methan umgewandelt. Die Speisung des Vergasers mit dem Elektrolyse-Sauerstoff führt zu einem stickstofffreien Gas, welches ins Netz eingespeist oder zu LNG verflüssigt werden kann.

Die Konzeptionierung des Gesamtprozesses erfolgte auf Basis von theoretischen und experimentellen Untersuchungen aller Teilverfahren. Durch die optimale Verschaltung der Stoffströme verbleiben über 97 % des in der Biomasse enthaltenen Kohlenstoffes im Kraftstoff. Die Verwendung der effizienten Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC, Solid Oxide Electrolyser Cell), ein passendes Methanisierungsverfahren sowie eine umfangreiche Wärmeintegration ermöglichen energetische Wirkungsgrade (bezogen auf den oberen Heizwert) von 81 % (CNG) bzw. 79 % (LNG). Besteht Zugang zu einem Fernwärmenetz, kann die restliche Hochtemperaturwärme ausgekoppelt werden, was zu einem Gesamtwirkungsgrad von über 95 % führt. In einem Referenzfall wurden state-of-the-art-Technologien in gleichem Umfang bewertet. Dies führte bei gleicher Kohlenstoffausnutzung zu einem Wirkungsgrad von 64 % (CNG, ohne Fernwärme).

Durch eine umfangreiche techno-ökonomische Bewertung konnten auf Basis der Apparatekosten Kraftstoffgestehungskosten von 150 ?/MWh für das Res2CNG-Verfahren und den Referenzfall ermittelt werden. In einem Zukunftsszenario wurden die Investitionskosten der Hauptkostentreiber untersucht. Eine bottom-up-Analyse der SOEC als Schlüsseltechnologie ergab prognostizierte Kosten (bezüglich Stromaufnahme) von 309 - 395 ?/kW im Vergleich zu 550 ?/kW für die Niedertemperatur-Elektrolyse. Durch den geringeren Strombedarf der SOEC können Gestehungskosten von 110 ?/MWh erzielt werden. Die ermittelten Kosten liegen im Bereich vergleichbarer Konzepte mit 8000 Volllaststunden pro Jahr, jedoch bei fast vollständiger Nutzung des zukünftig eingeschränkt verfügbaren klimaneutralen Kohlenstoffs. Die Produktionskosten fossilen CNG-Kraftstoffes betragen aktuell 36 ?/MWh.