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Methanol als Energieträger in Methanol als Energieträger in einem nachhaltigen einem nachhaltigen

Energiesystem?Energiesystem?

Markus RaschkaMarkus Raschka

Fachgebiet EnergiesystemeFachgebiet EnergiesystemeVeranstaltung „Neue Entwicklung auf den Energiemärkten“Veranstaltung „Neue Entwicklung auf den Energiemärkten“

am 04.07.2002am 04.07.2002

Folie Folie 22/33 /33

Grundlagen: Methanol und Methanolherstellung Methanolproduktion Methanolpreis Verwendung von Methanol Methanol als Energieträger CO2-Reduktion Zusammenfassung und Ausblick

GliederungGliederung


Grundlagen

Methanol (Methylalkohol, Holzgeist): • chemische Verbindung CH3OH• flüssig, farblos, Geruch alkoholartig• giftig, Wassergefährdungsklasse (WGK) 1

GrundlagenGrundlagen


Molekulargewicht 32,04 kg/molSiedepunkt (1013 mbar) 64,509 °CDichte (20°C) 791,3 kg/m3Heizwert (Hu) 19468 kJ/kgBrennwert (Ho) 22315 kJ/kg

Stoffdaten zu Methanol:


Herstellung von Methanol

Zur Herstellung von Methanol sind derzeit alle Kohlenwasserstoffe geeignet:

• Erdgas• Erdöl• Kohle• Biomasse, u.a.

Herstellung von MethanolHerstellung von Methanol


Fließbild zur Methanolherstellung:

Kohlen-wasserstoffe

Synthesegas(CO, H2, CO2)

MethanolCH3OH

Reformierung/ Methanol-SyntheseTeiloxidation


Synthesegas (CO, H2, CO2) wird zu Methanol konvertiert:

1. Reaktion: CO + 2H2 CH3OH mit HR = -91 kJ/kmol

2. Reaktion: CO2 + 3H2 CH3OH mit HR = -50 kJ/kmol

Reaktion läuft unter hohem Druck im Beisein eines Katalysators ab (z.B. Kupfer).


Chemische Reaktionen zur MethanolsyntheseChemische Reaktionen zur Methanolsynthese

Man unterscheidet: Hochdruck-Prozesse mit Drücken von 250 bis 300 bar Mitteldruck-Prozesse mit Drücken von 100 bis 250 bar Niedrigdruck-Prozesse mit Drücken von 50 bis 100 bar

Folie Folie 66/33 /33 GrundlagenGrundlagen

Herstellung von Synthesegas zur Herstellung von Synthesegas zur MethanolproduktionMethanolproduktion

Prozesse zur Synthesegasherstellung sind• die Reformierung mit Wasserdampf• die Teiloxidation• kombinierte Verfahren

Reformierung mit Wasserdampf (Methan-Dampf-Reformierung): CH4 + H2O CO + 3H2 mit HR = 205 kJ/kmol

Teiloxidation: CnHm + n/2 O2 n CO + m/2 H2


Herstellung von Synthesegas zur Herstellung von Synthesegas zur MethanolproduktionMethanolproduktion


Kombinierte Verfahren:

Zur Zeit werden über 90% kombinierte Verfahren aus Dampf-Reformierungund Teiloxidation zur Synthesegas-/ Methanol-produktion verwendet.

Hersteller: ICI, Lurgi, Topsoe

Erdgas

Entschwefelung

Dampf-Reformer

Autothermer Reformer O2

Synthesegas

Methanolsynthese

Rohmethanol

Fließbild Kombiniertes Verfahren:

Folie Folie 88/33 /33 MethanolproduktionMethanolproduktion

Rohstoffeinsatz zur MethanolproduktionRohstoffeinsatz zur Methanolproduktion

Methanolproduktionskapazität Welt

Erdgas84%

Kohle2%

Raffinerie-gas1%

Rück-standsöl

4%

Unbekannt9%

34,9 Mio. t/a (2000)

Methanolproduktionskapazität Deutschland

Biomasse(Müll)5%

Raffinerie-gas21%

Rück-standsöl

74%

1,91 Mio. t/a (2002)


Methanolproduktion Deutschland und WeltMethanolproduktion Deutschland und Welt

Methanolproduktionskapazität Deutschland (1,93 Mio t/a):

FIRMA STANDORT PROZESS ROHSTOFF KAPAZITÄT[1000 t/a]

BASF LUDWIGSHAFEN BASF/LURGI RAFFINERIEGAS 400DEA WESSELING LURGI RÜCKSTANDSÖL 450

LEUNAWERKE LEUNA LURGI RÜCKSTANDSÖL 660VEBA GELSENKIRCHEN LURGI RÜCKSTANDSÖL 300SVZ SPREEWITZ Abfall/Steinkohle 120

MethanolproduktionMethanolproduktion

Methanolproduktionskapazität Welt (35,05 Mio t/a):

KONTINENT KAPAZITÄT[1000 t/a]

NORD-AMERIKA 8.240SÜD-AMERIKA 6.548

EUROPA 7.530MITTLERER OSTEN / AFRIKA 6.756

ASIEN / PAZIFIK 5.976

Weltmarktführer mit 26% Marktanteil ist METHANEX.


Methanolproduktion Deutschland

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

1.800.000

2.000.000

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Jahr

MeO

H-P

rodu

ktio

n [t

/a]

Methanolproduktion DeutschlandMethanolproduktion Deutschland



Methanolproduktion WeltMethanolproduktion Welt


TENDENZENTENDENZEN :• Weltweite Methanolproduktionskapazität steigt (1989: 21 Mio t/a; 2000: 35 Mio t/a)

• Errichtung größerer Methanol-Produktionsstätten mit Kapazitäten größer als 1000 ktMeOH/a

• Methanol-Produktionsstätten an Orten mit billigem Erdgas (z.B. Mittlerer Osten, Trinidad)

• Kapital-Investitionskosten der Methanol-Produktionsstätten sinken von derzeit 320 $/(tMeOHpa) auf 200 $/(tMeOHpa)

• Maritime Transportkosten von Methanol sind gering: <6 $/tMeOH (z.B. Neufundland-Europa)


MethanolpreisMethanolpreis


Methanolpreis Europa:2.Quartal 2002: 145 Euro/t (FOB Rotterdam)

Methanolpreis USA: April 2002: 125 $/t Mai 2002: 166 $/t

Methanolpreis Methanex:

Juni 2002: 186 $/t




Zusammenhang: Erdgaspreis-Methanolpreis

Sensitivität des Erdgaspreises auf den Methanolpreis:

Änderung des Erdgaspreises um 1 $/GJ

Änderung des Methanolpreises um 37 $/t




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100

150

200

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Q1

1996

Q2

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Q4

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Q2

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1999

Q1

2000

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2000

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2001

Q2

2001

Q3

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Q4

2001

Q1

2002

Quartal

Met

hano

lpre

is [U

S$/t]

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

Erdg

aspr

eis

[US$

/GJ]

Erdgaspreis (Wellhead)Methanolpreis (Methanex)Lidderdale Methanolpreis


Formaldehyd (Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Holzschutzmittel, Desinfektionsmittel u.v.m.)EssigsäureVergällungsmittelMethylisierungsmittel (Pharmazeutika, Farben, Absorptionsmittel)GefrierschutzmittelTieftemperatur GaswäscheKühlmittel in KälteanlagenLösungsmittel (für Harze, Wachse, anorganische Salze, Polymere)VitaminprodukteChemische Synthesen (Insektizide, Sprengstoffe, Duftstoffe, Plexiglas) Niedere Olefine, niedere AromatenMTBE (Bleiersatz im Benzin)M3, M15, M85, M100 (Benzinzusatz und Benzinersatz)Synthesegas, WasserstoffÜberführung in SNG (Methan)

MethanolverwendungMethanolverwendung

Verwendung von MethanolVerwendung von Methanol


Verwendung von MethanolVerwendung von MethanolWeltweite Verwendung von Methanol imWeltweite Verwendung von Methanol im Jahr 2000 Jahr 2000

MethanolMethanol28 Mio t/a28 Mio t/a

Formaldehyd35,5%

MTBE28%

Essigsäure7%

Lösungsmittel,MMA, DMT

8%

Andere21,5%

Hauptsächlicher Einsatz von Methanol als Chemierohstoff und Additiv im Verkehrssektor



Verwendung von Methanol als ChemierohstoffVerwendung von Methanol als Chemierohstoff

Formaldehyd HCHOFormaldehyd HCHO: • Verwendung in der Leim- und Kunstoffproduktion• Herstellung von Holzschutzmitteln und Desinfektionsmitteln Produktionsmengen: Deutschland ca. 500 kt/a

Welt ca. 5000 kt/a

Essigsäure CHEssigsäure CH33COOHCOOH: • Herstellung von Essigsäureester, Celluloseacetat (zur Kunstseideherstellung), Lösungsmittel (Lacke, Harze) und Additiv in der Textilindustrie

Lösungsmittel, MMA (Methylmetacrylat), DMT (Dimethylterephtalat):Lösungsmittel, MMA (Methylmetacrylat), DMT (Dimethylterephtalat): • Lösungsmittel auf Basis von Methanol (Methylamine) werden in Insektiziden und Pharmazeutika verwendet• MMA wird bei der Herstellung von Acrylglas eingesetzt• DMT bei der Herstellung von PET (Polyethylentherephtalat)



Verwendung von Methanol im VerkehrssektorVerwendung von Methanol im Verkehrssektor

MTBE (Metyltertiärbutylether): MTBE (Metyltertiärbutylether): • Verwendung als Antiklopfmittel und Ersatz für organische Bleiverbindungen im Benzin• MTBE besitzt eine hohe Oktanzahl (ROZ: 117, MOZ: 101)• MTBE wirkt emissionsmindernd (CO und H-C) im Benzin

Kraftstoffe M3, M15, M85, M100: Kraftstoffe M3, M15, M85, M100: Mischkraftstoffe, bei denen Methanol dem Benzin direkt zugegeben wird. M3: 3% Zumischung von Methanol zum Benzin M100: 90% Methanol



Welt-MethanolbedarfWelt-Methanolbedarf

Prognose: Bedarfszuwachs bis 4 % pro Jahr

0

5

10

15

20

25

30

1997 1998 1999 2000 2001

Jahr

Mio

t/a Andere

Essigsäure

MTBE

Formaldehyd



Methanol- Weltbedarf nach KontinentenMethanol- Weltbedarf nach Kontinenten

0

2

4

6

8

10

12

Mio

t/a

1997 1998 1999 2000 2001

Jahr

Nord-Amerika

Europa

Asien-Pazifik

Lateinamerika

Mittlerer Osten



Zukünftige Verwendung von MethanolZukünftige Verwendung von Methanol


Methanol-To-Propylen: • Neuer Prozess zur Propylenherstellung von LURGI• Bisher basiert 98% der Propylenherstellung auf Erdöl• Prognostizierte Steigerung der Propylennachfrage um 6% pro Jahr

Methanol als Energiespeicher/Energieträger

Fuel Methanol in Brennstoffzellen (DMFC)


Konkurrenz von MethanolproduktenKonkurrenz von Methanolprodukten

Produkt Rohstoff Produkt Rohstoff

Formaldehyd Methanol - -

Propylen Methanol Propylen Erdöl

Olifene Methanol Olifene Leichtbenzin

MTBE Methanol ETBE EthanolAlkylate Isobutylen + Isobutan

Isooctane Isobutylen + Isobutylen

Brennstoffzelle Methanol Brennstoffzelle Wasserstoff, ErdgasBrennstoff Brennstoff

Konkurrenz Methanolprodukte



Methanol als EnergieträgerMethanol als Energieträger


Methanol kann mit Wasserdampf einfach in Kohlendioxid und Wasserstoff zerlegt werden und damit als Kraftstoff für Brennstoffzellen eingesetzt werden.

CH3OH + H2O CO2 + 3H2 mit HR(T=473K) = 58,4 kJ/kmol


Methanol als Energieträger: Methanol als Energieträger: Vergleich mit WasserstoffVergleich mit Wasserstoff


Methanol ist leicht zu lagern und zu transportieren.

Methanol WasserstoffMeOH LH2

Energiespeicher pro m3

1.100 m3 H2 bei Umgebungs-bedingungen

800 m3 H2 bei -253°C

Transportverluste (5000 km maritim)

ca. 2% ca. 10%


Methanol als Energieträger: Methanol als Energieträger: TransportTransport


0

5

10

15

20

25

30

0 1000 2000 3000 4000 5000Distanz [km]

Erdg

as-T

rans

port

[BC

M/a

]

AC Wire DC Wire

GAS to LIQUIDS:Syndiesel DME Methanol

PIPELINE LNG

LNG Kapitalinvestition Produktion

0

100

200

300

400

500

600

700

1965-75 1975-85 1985-95 1995-00 Trinidad

[$/tp

a]

Methanol Kapitalinvestition Produktion

0

50

100

150

200

250

300

350

IndustrieStandard

Chile II Titan Mega Methanoland DME

[$/tp

a]




unbelastetes Holz oder Altholz Luft

Ernte

Transport

Hacken

Trocknen

Vergasung Luftzerlegung

Gasreinigung/-kühlungDampf

Entschwefelung H2-AbtrennungH2

Methanolsynthese Purgegas

Destillation BHKW

Regionalverteilung/Betankung

Methanol (z.B. Tankstelle) Strom Wärme

Regenerativer Methanol-PfadRegenerativer Methanol-Pfad von Biomasse (Holz) bis zur Tankstelle:• Der Methanolpreis bei Tankstellenabgabe kann mit 32,5 bis 42,5 Eurocent/Liter prognostiziert werden.

Vergleich:Vergleich:Fossiler Methanol-PfadFossiler Methanol-Pfad von Erdgas bis zur Tankstelle:• Der Methanolpreis bei Tank-stellenabgabe kann mit 83 Eurocent/Liter (ohne Mineral-ölsteuer 14 Eurocent/Liter) prognostiziert werden.


Methanol als Energieträger: Kostenvergleich von Methanol als Energieträger: Kostenvergleich von KraftstoffenKraftstoffen


0

20

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80

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160

1 l OttokraftstoffNormal 33,6MJ

1 l Biodiesel35,8 MJ

1,6 l Methanol(regenerativ)

33,4 MJ

1,6 l Methanol (fossil)

33,4 MJ

Kos

ten

[Eur

ocen

t/Tre

ibst

offä

quiv

alen

t]

MinSt, ÖkoSt, MwSt

Herst., Transp., Vertr.


COCO22-Reduktion in Deutschland-Reduktion in Deutschland

Kyoto-Abkommen: Reduktion von Treibhausgasen (CO2, CH4, N2O, SF6) in

Deutschland um 21% bis 2008 bzw. 2012 (gegenüber 1990)

Selbstverpflichtung Deutschlands CO2-Emissionen zu senken minus 25 % bis 2005 minus 30 % bis 2010 (gegenüber 1990)

CO2-Emissionen Deutschland:

1990: 1.014 Mio t 1999: 859 Mio t (-15,3% gegenüber 1990) 2000: 868 Mio t (-14,4% gegenüber 1990)

Ziel 2005: 761 Mio t (Deckungslücke 100 Mio t CO2)

COCO22-Reduktion-Reduktion


COCO22-Emission im Verkehrssektor-Emission im Verkehrssektor


Quelle: www.bmu.de


COCO22-Reduktion: Einsatz von Methanol-Reduktion: Einsatz von Methanol

Wieviel COWieviel CO22-Emissionen können durch den Einsatz von Methanol -Emissionen können durch den Einsatz von Methanol im Verkehrssektor vermieden werden?im Verkehrssektor vermieden werden?

(1) Fossiler MethanolFossiler Methanol aus Erdgas: 69,1 g CO2/MJ

Vermiedende CO2-Emissionen im Vergleich zum Benzin: 17,3 g CO2/MJ

Substitution von ca. 3 t Benzin senken COSubstitution von ca. 3 t Benzin senken CO22-Emission um 1 t-Emission um 1 t

(2) Regenerativer MethanolRegenerativer Methanol aus Biomasse (Holz): 9,1 g CO2/MJ

Vermiedende CO2-Emissionen im Vergleich zum Benzin: 77,3 g CO2/MJ

Substitution von ca. 0,65 t Benzin senken COSubstitution von ca. 0,65 t Benzin senken CO22-Emission um 1 t-Emission um 1 t

CO2-Emissionen werden bei Herstellung von regenerativen Methanol aus Biomasse gegenüber fossilen Methanol aus Erdgas um den Faktor 8 gesenkt



COCO22-Reduktion: Einsatz von Methanol im -Reduktion: Einsatz von Methanol im VerkehrssektorVerkehrssektor


Emissionen im Vergleich

0 50 100 150 200

BenzinMethanol (Erdgas)

Methanol (Biomethanol)







Prozent

// 350%

CO2

CO

NOx

SO2


Zusammenfassung und AusblickZusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung und AusblickZusammenfassung und Ausblick

Bedeutung des Chemierohstoffs und Energieträgers Methanol wächst

Methanol kann eine Brückenfunktion beim Übergang zu einem regenerativen Kraftstoffsystem einnehmen

In Zukunft sollte Methanol eine bedeutendere Rolle zugewiesen werden


Ausgewählte QuellenAusgewählte Quellen

Asinger, Friedrich: Asinger, Friedrich: „Methanol- Energie und Chemierohstoff“,„Methanol- Energie und Chemierohstoff“, Springer, Berlin, 1986 Springer, Berlin, 1986Henning, Volkmar: „Henning, Volkmar: „A Market Analysis of Natural Gas Resources Offshore A Market Analysis of Natural Gas Resources Offshore

Newfoundland“,Newfoundland“, Final Report, Dezember 2000 Final Report, Dezember 2000McCaskil, Dave C.: McCaskil, Dave C.: „World Methanol Overviews“„World Methanol Overviews“, 18, 18thth World Methanol Conference, World Methanol Conference,

Kopenhagen, November 2000Kopenhagen, November 2000Pehnt, Martin: Pehnt, Martin: „Ökobilanz von Methanol aus Holz und Erdgas“,„Ökobilanz von Methanol aus Holz und Erdgas“, Energiewirtschaftliche Energiewirtschaftliche

Tagesfragen 49 Jg., Heft 4, 1999Tagesfragen 49 Jg., Heft 4, 1999Wolf, Bodo: Wolf, Bodo: „Bio-Methanol als Treibstoff aus regionalen Quellen“, „Bio-Methanol als Treibstoff aus regionalen Quellen“,

http://www.eurosolar.org/politik/Wolf.htmlhttp://www.eurosolar.org/politik/Wolf.html

www.methanol.org (Methanol Institute)www.methanex.com (Methanex)www.bmu.de (Bundesumweltministerium)www.diw.de (DIW-Wochenberichte)www.lurgi.de (LURGI)www.basf.de (BASF)

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