Power to X (P2X)

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik
Abkürzungen im SHK-Handwerk
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Strangregulierventil

Power to X (P2X bzw. P2Y1) ist der Sammelbegriff für verschiedene Technologien (Power to Heat, Power to Gas, Power to Liquid, Power to Chemicals),  die sich mit der Speicherung oder Nutzung von Stromüberschüssen von erneuerbarer Energien (z. B. Windenergie, Photovoltaikanlagen, Wasserkraft, Geothermie) befassen. Hier ist eine Sektorenkopplung2 notwendig. Dadurch wachsen die Energieverbraucher und Energieerzeuger aus allen Sektoren zu einem ganzheitlichen System zusammen, das gemeinschaftlich Versorgungssicherheit effizient gewährleistet.
1 P Stromüberschüsse, die über dem Bedarf liegen und X bzw. Y Energieform oder Verwendungszweck, in den die elektrische Energie gewandelt wird.
2 Sektorenkopplung (Sektorkopplung, Sector Coupling, Integrated Energy) ist die Vernetzung der Sektoren der Energiewirtschaft und der Industrie, die in einem gemeinsamen holistischen Ansatz optimiert werden. Bisher wurden die Sektoren Elektrizität, Wärme- und Kälteversorgung, Verkehr und Industrie weitgehend unabhängig voneinander betrachtet.

P2X-Technologiepfade innerhalb der Sektorenkopplung
Sektorenkopplungsart
Technologiepfad
verwendete Energiespeicher
verwendete
Infrastruktur
Strom - Wärme/Kälte
Wärmepumpe*
Power-to-Heat
Kraft-Wärme-Kopplung
Power to Gas
Wärmespeicher,
Kältespeicher
Strom, Wärme, Gas
(Leitungsnetze)
Strom - Gas
Power-to-Gas

Gasspeicher,
Gasleitungsnetz

Strom, Gas
(Leitungsnetze)
Strom - Mobilität
Power-to-Gas
Elektromobilität
Power-to-Liquid
Gasspeicher,
Gasleitungsnetz,
Batteriespeicher,
Kraftstoff- und
Brennstoffstank
Strom, Gas
(Leitungsnetze)
Mineralöl, Wasserstoff
(Leitungsnetze, Tankstellen)
Strom - Chemie
Power-to-Chemicals
Power-to-Gas
Rohstoffspeicher, Gasspeicher
Strom, Gas
(Leitungsnetze),
Chemie
*Ob Elektrowärmepumpen zu Power-to-Heat und damit zu Power-to-X gehören, wird kontrovers diskutiert.

Power to X-Technologien – Türöffner für die Sektorenkopplung
Kopernikus-Projekt P2X
Bedeutung und Notwendigkeit von sektorenkoppelnden Speichern für die Energiewende
Notwendigkeit und Chancen für Power-to-X-Technologien
Wissenschaftler warnen vor falschen Hoffnungen
Windkraftanlagen (WKA) - Grundlagen
Referat über Windkraftanlagen

Power to Heat (PtH)

Power-To-Heat-Anlagen können im Niedertemperaturbereich und im Hochtemperaturbereich (Dampf) eingesetzt werden.

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Power to Gas (PtG)

Power to Gas Anlage
Quelle: Frauenhofer IWES, ZSW - Sterner, Specht

Bei dem Konzept "Power to Gas" (PtG oder P2G) wird mit Hilfe von elektrischer Energie ein EE-Gas (z. B. Wasserstoff1 oder Methan2) erzeugt, um die elektrischer Energie indirekt speichern zu können. Da die elektrische Energie hauptsächlich durch Wind und Solar erzeugt wird, spricht man hier auch von Windgas (Windstrom zu Windgas) oder Solargas (Methan aus Sonne und Wind).
Der "überschüssiger" Strom aus Windkraft-, PV- oder Wasserkraft-Anlagen wird in Wasserstoff oder synthetisches Erdgas umgewandelt und im Erdgasnetz gespeichert. Die Umwandlung von Strom in synthetisches Erdgas erfolgt in zwei Schritten. Zuerst wird Wasserstoff mittels Elektrolyse erzeugt, anschließend folgt die Methanisierung (unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid [CO2] in synthetisches Methan).
1 Wasserstoff gilt als einer der Energieträger der Zukunft, da er im Gegensatz zu fossilen Stoffen bei Verbrennung keine schädlichen Emissionen verursacht und aus erneuerbaren Energien gewonnen werden kann. Wichtige Einsatzfelder sind:

- Wasserstoff findet zunehmend Einsatz als Kraftstoff in Wasserstoffverbrennungsmotoren oder in Brennstoffzellen. Aufgrund seiner umweltfreundlichen Eigenschaften wird Wasserstoff gegenüber fossilen Brennstoffen bevorzugt, dabei der Verbrennung lediglich Wasser und kein Kohlenstoffdioxid entsteht.
- Mit Wasserstoff lassen sich bei der Kohlehydrierung künstlich flüssige Kohlenwasserstoffe herstellen, die fossile Kraftstoffe ersetzen.
- Wasserstoff wird in der Industrie bei der Veredelung von Metallen, der Produktion von Düngemitteln oder als Kühlmittel verwendet.
Zudem dient Wasserstoff der Energiespeicherung. Hierbei wird je nach den spezifischen Eigenschaften unterschieden zwischen:
- gasförmig: Speicherung in Druckbehältern
- flüssig: Speicherung in vakuumisolierten Behältern
- Einlagerung in Metallhydriden oder in Kohlenstoff-Nanoröhren.
2Der regenerativ erzeugte Wasserstoff aus der Elektrolyse kann unter Nutzung von Kohlenstoffdioxid in einer nachgeschalteten Methanisierung in Methan überführt werden. Die Anwendungsfelder sind vielfältig:
- Substitut für fossile Gase bei der Wärmeerzeugung
- Verwendung als erneuerbarer Kraftstoff für Gasfahrzeuge
- Wichtiges Element zur Erzeugung von weiteren chemischen Verbindungen durch Synthese [z. B. Wasserstoff, Ethin oder Methylhalogenid)

Potenziale von Power-to-Gas Energiespeicher - Mareike Jentsch/Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES

Methanisierung von überschüssigem Strom macht konventionelle Kraftwerke überflüssig
Quelle: MicrobEnergy GmbH / Viessmann Werke GmbH & Co. KG

Windgas
In der Zukunft wird es immer dringender, Ökostromüberschüsse aus Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen sinnvoll zu verwenden bzw. zu speichern. Der Ausbau der Stromnetze wird immer mehr abgelehnt und Stromspeicher, so z. B. Pumpspeicherkraftwerke (Wasser oder Druckluft) werden immer mehr abgelehnt, Batterien können nur kurzfristig speichern. Deshalb wird erneuerbarer Strom in Wasserstoff und Methan (EE-Gas - erneuerbares Gas) umgewandelt. Dieses Konzept wird auch "Power to Gas" genannt. Das gesamte deutsche Erdgasnetz steht mit sehr großen Speicherkapazitäten zur Verfügung. Es kann als Speicher für Ökostrom genutzt werden, denn es ist jetzt schon 45 mal so groß ist wie die Gesamtkapazität aller heute in Deutschland bestehenden Pumpspeicherkraftwerke.
Zur Zeit liefert Greenpeace Energy eG Erdgas, dem nach und nach Wasserstoff beigemengt wird, sobald dieser verfügbar ist. Aus technischen und regulatorischen Gründen darf nur bis zu einer Obergrenze von 5 % Wasserstoff ins Gasnetz eingespeist werden. Wasserstoff, der nicht eingespeist werden kann, wir zu erdgasgleichem Methan umgewandelt. In der Zukunft können erneuerbarer Wasserstoff und erneuerbares Methan das fossile Erdgas zu 100 Prozent ersetzen.
Windstrom zu Windgas - Elektrolyseur
Quelle: Greenpeace Energy eG
Grundlage für die Umwandlung von Windstrom in Windgas ist das Elektrolyse-Verfahren. Hierbei wird der Strom, der z. B. nicht in das vorhandene Stromnetz eingespeist werden kann, eingesetzt, um Wasser in seine Grundstoffe (Wasserstoff und Sauerstoff) aufzuspalten. Der Wasserstoff wird durch die Elektrolyse mit einem sehr hohen Wirkungsgrad von bis zu 73 Prozent hergestellt.

Der freigesetzte Sauerstoff wird in die Atmosphäre, der Wasserstoff ins Gasnetz eingespeist. Durch ein weiteres chemisches Verfahren lässt sich überschüssiger Wasserstoff „methanisieren“. Das erneuerbare Methan kann das herkömmliche Erdgas langfristig vollständig ersetzen und damit den Übergang von fossilem zu erneuerbarem Gas leisten.

Windgas - Greenpeace Energy eG
Methan aus Sonne und Wind
Wirkungsgrad Photon-to-Biofuel in der Natur
Wirkungsgrad SolarFuel Power-to-Gas
Quelle: SolarFuel GmbH

In der Zukunft wird es immer dringender, Ökostromüberschüsse aus Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen sinnvoll zu verwenden bzw. zu speichern. Der Ausbau der Stromnetze wird immer mehr abgelehnt und Stromspeicher, so z. B. Pumpspeicherkraftwerke (Wasser oder Druckluft) werden immer mehr abgelehnt, Batterien können nur kurzfristig speichern und Wasserstoff stellt sich auch als nicht wirtschaftlich dar. Deshalb wird in einer Versuchsanlage (ZSW, Fraunhofer IWES und SolarFuel) daran gearbeitet, erneuerbaren Strom in Methan umzuwandeln. Das gesamte deutsche Erdgasnetz steht mit sehr großern Speicherkapazitäten zur Verfügung.

Die SolarFuel-Technologie wandelt die energielosen Rohstoffe CO2 und Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom in synthetisches Erdgas um. Im ersten Schritt wird in der Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Im zweiten Schritt wird Wasserstoff mit CO2 zu Methan (CH4) umgesetzt. Die Energiedichte steigt dabei um den Faktor 3 an und es entsteht ein marktfähiger und handelbarer Energieträger in Normqualität, der direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden kann. Der erzielbare Wirkungsgrad ist größer als 60 Prozent und somit realisiert das SolarFuel Power-to-Gas Prozess eine Energiespeicherung nahe am thermodynamischen Optimum.
Das Gas kann in Gaskraftwerken mit KWK-Technik rückverstromt, mit Mini-BHKWs Wohnhäuser beheizen oder als Autogas verwendet werden.

Power to Liquid (PtL)

Bei Power-to-Liquid wird mit Hilfe von Strom zunächst durch die Wasserelektrolyse Wasserstoff erzeugt (Power-to-Gas). Der Wasserstoff kann anschließend mit Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid in einer Synthese zu Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden. Durch verschiedene Synthesen (z. B. Methanolsynthese, Fischer-Tropsch-Synthese [FTS]) können die Kohlenwasserstoffe nach Abscheidung des gebildeten Wassers durch Raffinerieprozesse zu Brenn- und Kraftstoffen (Synfuels) und Chemikalien weiterverarbeitet werden.

Synthetische Kraft- und Brennstoffe - Synfuels
Synthetische Kraft- und Brennstoffe (Synfuels) werden künstlich hergestellt. Durch das Aufspalten der Moleküle des Ausgangsmaterials (z. B. Pflanzen, Pflanzenöl, Wasser und Kohlendioxid [CO2]) entsteht synthetisches Gas. Danach werden die Spaltprodukte dieses Gases neu sortiert und in einen flüssigen Rohstoff umgewandelt, der vor allem aus kettenförmigem Kohlenwasserstoff besteht. Aus diesem flüssigen Rohstoff können verschiedene Produkte (z. B. Diesel, Heizöl, Kerosin) hergestellt werden.
Synfuels verbrennen deutlich sauberer als rohöl-basierte Kraft- oder Brennstoffe. Sie erzeugen weniger Schadstoffe (z. B. Kohlendioxid [CO2], Stickoxide [NOX], Feinstaub) und schonen z. B. die Filter und Motoren der Kraftfahrzeuge. Außerdem sind sie problemlos und lange lagerfähig und sind kälteunempfindlich. Außerdem können die Synfuels die Erweiterung und/oder neue Erstellung von Stromtrassen verhindern, die zunehmend von der Bevölkerung abgelehnt werden.
  • E-Fuels (PtL - Power to Liquid > Elektrische Energie zu Flüssigkeit)
  • HVO (Hydrogenated oder Hydrotreated Vegetable Oils > hydrierte Pflanzenöle)
  • GtL-Verfahren (Gas-to-Liquids > Gasverflüssigung)
  • BtL-Verfahren (Biomass to Liquid > Biomasseverflüssigung)
  • XtL-Kraftstoff

Status und perspektiven flüssiger Energieträger in der Energiewende - IWO

E-Fuels

Die Verbrennungsmotoren und die Öl- und Gasheizungsanlagen müssen nicht am Ende sein. Synthetische Kraft- und Brennstoffe (E-Fuels - [PtL - Power to Liquid > Elektrische Energie zu Flüssigkeit]) können in der Zukunft eine Alternative zum Strom (z. B. Wärmepumpe, E-Heizung) und Wasserstofftechnik (Brennstoffzellen) sein. Bei der Herstellung von E-Fuels (z. B. Heizöl, Diesel, Benzin, Kerosin) wird so viel CO2 aus der Atmosphäre bzw. der Biosphäre entnommen wie später bei der Verbrennung freigesetzt wird. Es sind daher CO2-neutrale Kraft- und Brennstoffe, die aus regenerativ erzeugtem Strom (Photovoltaik, Windkraft, Wasserkraft) hergestellt werden. Flüssige Brennstoffe bestehen in der Regel aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Bei ihrer Verbrennung entstehen hauptsächlich Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2). Wird dieses CO2 wieder in den Entstehungsprozess der Brennstoffe eingebunden, entsteht ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf und ist weitgehend Treibhausgasneutral. Kohlendioxid wird dadurch zum nachhaltigen Rohstoff, da dieselbe Menge bei der Verbrennung freigesetzt wird, wie bei der Produktion der Atmosphäre entzogen wird.

Synfuels aus Pflanzenöl oder/und Fett (HVO [Hydrogenated oder Hydrotreated Vegetable Oils > hydrierte Pflanzenöle]) wären aufgrund der benötigten großen Anbauflächen nicht so sinnvoll.

Viele Länder wollen ab 2030 die Verbrennungsmotoren für Neuwagen verbieten. Hier könnten z. B. E-Fuels für die in Deutschland im Bestand (2017) befindlichen ca. 57 Millionen Kraftfahrzeuge, 13,3 Millionen Gasheizungen, 5,6 Millionen Ölheizungen, 0,7 Millionen Gas-Raumheizer und 1,1 Millionen Gas-Warmwasserbereiter aber auch in Flugzeugen, Schiffen und in der Industrie (chemische Produkte) eine mögliche Alternative sein. Dieses Thema wird kontrovers diskutiert.

Im Gegensatz zum Strom sind flüssige Energieträger gut speicherbar und leicht zu transportieren. Außerdem haben sie eine hohe Energiedichte und verfügen über eine hervorragende vorhandene Infrastruktur. Um diese Vorteile auch langfristig in der Energieversorgung nutzen zu können, wird an der Herstellung treibhausgasreduzierter flüssiger Kraft- und Brennstoffe intensiv geforscht. Ein wichtiger Aspekt ist, dass sie in heute verfügbarer Technik ohne aufwändige Umrüstungen einsetzbar sein sollen. Außerdem können die E-Fuels die Erweiterung und/oder neue Erstellung von Stromtrassen verhindern, die zunehmend von der Bevölkerung abgelehnt werden.


Herstellungspfade und Einsatzbereiche von treibhausgasneutralen flüssigen Energieträgern
Quelle: Institut für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO)


Die zukünftigen Kosten strombasierter synthetischer Brennstoffe - Agora Energiewende
Norweger bauen gigantische Fabrik für Wunder-Diesel - manager magazin new media GmbH
Hoffnungsträger für ein Auslaufmodell - cst/Annika Grah, dpa
Brennstoffe der Zukunft - Institut für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO)
Brennstoffforschung - Institut für Wärme und Oeltechnik e. V. (IWO)

Dieses Thema wird kontrovers diskutiert

Sind E-Fuels die Lösung? - Christiane Köllner
Verbrennungsmotor ist die Zukunft!
Benzin und Diesel vor unsicherer Zukunft: Das E-Fuel-Märchen
Brennstoffzelle im Auto: Besser als Lithiumakkus - Harald Lesch
Ist die Brennstoffzelle die Zukunft? Die Alternative zum E-Auto

Power-to-Chemicals (PtC)

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Photothermie - Heizen und Kühlen mit Solarstrom

Bei diesem System ist eine direkte Koppelung mit der PV-Anlage möglich, modulierender Betrieb von 600 Watt bis zur maximalen Lleistung. Kein Stromverbrauch aus dem Netz. Der 2Max-PV-Converter erzeugt aus 1 kW Solarstrom bis 5 kW Wärme.

 

Die Nutzung der Energie von PV-Modulen für die Heizung hat eine ganze Reihe von Vorteilen. Während Solarthermiekollektoren wegen der Stillstandszeiten im Hochsommer aufgrund fehlenden Bedarfs und im Winter mangels direkter Sonneneinstrahlung praktisch nur ein halbes Jahr effizient arbeiten, liefert die PV-Anlage permanent Strom - sogar im Winter bei diffuser Sonneneinstrahlung. In Verbindung mit dem Ebitsch Photothermie-Converter lässt sich bei solchen Wetterverhältnissen mehr Wärme erzeugen als mit Solarthermie-Kollektoren. Ist der Saisonspeicher beladen, kann der überschüssige Strom im Eigenverbrauch genutzt oder ins Netz eingespeist werden. Die überschüssige Wärme von Solarthermie-Kollektoren geht dagegen nicht nur ungenutzt verloren, sondern führt zudem noch zu stärkeren Materialbelastungen aufgrund von Dampfbildung und Überhitzung der Solarflüssigkeit (Stagnationsproblem). Während Solarkollektoren meist mit 5 bis 10 Jahren Garantie ausgeliefert werden, sind die langen Garantiezeiten von 25 Jahren für PV-Module ein weiteres Argument für das Ebitsch Photothermie-System.

 

 

ich arbeite dran

Photothermie-System ermöglicht ganzjährige PV-Heizung - HaustechnikDialog
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2max-fotos-und-tv - EBITSCHenergietechnik GmbH

Hinweis! Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung eines unnötigen Rechtsstreites, mich umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitaufwändigere Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter kostenpflichtigen Abmahnung entspricht nicht dessen wirklichen oder mutmaßlichen Willen. Die Kostennote einer anwaltlichen Abmahnung ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet zurückgewiesen.
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