„flüssige brenn- und treibstoffe aus erneuerbaren quellen ... · pbtl power and biomass to...
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„Flüssige Brenn- und Treibstoffe aus
erneuerbaren Quellen sind technisch
machbar“
Vortrag zur Jahreshauptversammlung 2018
Bundesverband Behälterschutz e.V.
Gütegemeinschaft Tankschutz und Tanktechnik e.V.
Dipl.-Ing. David Diarra, OWI Oel-Warme-Institut gGmbH
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Die OWI Oel-Waerme-Institut gGmbH
An-Institut der RWTH Aachen
20.04.2018
Flüssige Brenn- und Kraftstoffe
Gesellschafterin: TEC4FUELS GmbH
Wissenschaftlicher Beirat:
10 Beiratsmitglieder
• Wissenschaft / Universität (Kooperation F+E)
• Industrie / Dienstleistung
Reaktions- und Verbrennungstechnik Energiesystemtechnik
30 MitarbeiterInnen:
Ingenieure, Naturwissenschaftler, Techn.-Personal, Verwaltung
Forschungs- und Entwicklungsbereiche
Fördermitglieder:
30 Unternehmen und Verbände
• Komponenten- und Gerätehersteller
• Mineralölprodukte- und Additivhersteller
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OWI gGmbH
Förderpolitik Bund/Länder/EU
•Beteiligung am 6. Energieforschungsprogramm
•Beteiligung an Innovationsforschungsprogrammen Mittelstand (Bund/Land)
•Beteiligung an Forschungsrahmenprogrammen der EU
Forschung und Lehre
•An-Institut der RWTH -Aachen
•Ausbildung wissensch. Nachwuchses
•Veröffentlichungen/Publikationen
Industrie/Verbände
•Auftragsforschung für die Industrie
•Akquise von Fördermitteln für branchenspezifische Forschung
•Normungsarbeit national/international
OWI – im Einflussbereich von
Förderpolitik / Industrie / Bildung
20.04.2018
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Flüssige Brenn- und Kraftstoffe:
Bestandteil der Erfolgsgeschichte des OWI
20.04.2018
Begleitung der Markteinführung von schwefelarmem Kraftstoff in den Raumwärmemarkt
Begleitung der Markteinführung von FAME in den Raumwärmemarkt
Untersuchung der Erhöhung von Beimischungsanteilen alternativer Fuels im Automotive-Bereich
Untersuchung zur Markteinführung von HVO im Raumwärmemarkt
2001
2004
2009
2012
• Moderne Fuels für innovative
Technologien sind ein zentraler
Forschungsbereich, mit dem
sich Wissenschaftler des OWI
seit 1998 beschäftigen.
• OWI führt Begleituntersuchun-
gen zu den möglichen Wechsel-
wirkungen neuer Fuels mit der
Anwendungstechnik durch.
• Erforscht werden insbesondere
Einflüsse neuer Fuels als
Beimischkomponenten in
herkömmlichen Brenn- und
Kraftstoffen auf wichtige
Qualitätsmerkmale wie etwa die
Lagerstabilität.
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Unsere Zukunft: „Future Fuels“
Forschen für Klimaschutz und Energiewende
PtL
BtL / WtL
Bio-
fuels
Hydrierung
Veresterung
Biomasse
Auf-
bereitung
Reststoffe
H2-Speicherung
Netz-Einspeisung
Direkte Nutzung
Batterie
Erneuerbarer Strom
Elektrolyse FT- Synthese
CxHy
C -
Quelle
Syn-
Fuels
H2 -
Quelle
H2
CxHy
20.04.2018
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Unsere Zukunft: „Future Fuels“
Forschen für Klimaschutz und Energiewende
PtL
BtL / WtL
Bio-
fuels
Hydrierung
Veresterung
Biomasse
Auf-bereitung
Reststoffe
20.04.2018
• Anbaubiomasse
• Reststoffe, z.B.:
Stärke
Zucker
Ölsaaten
Holzhackschnitzel Stroh Altspeisefette
Tierfette
Algen
Lignocellulose
Aufbereitung
Hydrierung
Veresterung
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Unsere Zukunft: „Future Fuels“
Forschen für Klimaschutz und Energiewende
PtL
BtL / WtL
Bio-
fuels
Hydrierung
Veresterung
Biomasse
Aufbereitung
Reststoffe
20.04.2018
Prozesse / Verfahren
• Verfahren für „Biokrafstoffe der 1.
Generation“ sind Stand der Technik
• Hohe F+E-Aktivität: DECHEMA listet
26 (!) „neue“ Verfahren
• Lediglich drei Verfahren im Status
„Produktion“
• Hoher Verfahrenstechnischer Aufwand
insbesondere bei Nutzung von Abfällen
und Reststoffen (WTL)
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Unsere Zukunft: „Future Fuels“
Forschen für Klimaschutz und Energiewende
PtL
BtL / WtL
Bio-
fuels
Hydrierung
Veresterung
Biomasse
Auf-bereitung
Reststoffe
20.04.2018
Produkte
• Produkte sehr zahlreich, überwiegend
Benzin- und Dieselsurrogate
• Klassische Produkte
• FAME
• UCOME (aus Altfetten)
• Ethanol, Methanol
• HVO,HBO (hydrierte Bioöle)
• Teilweise auch Zwischenprodukte zur
Weiterverarbeitung (Bioöle)
• Brennstoffqualität oft sehr stark vom
Rohstoff abhängig!
Aufbereitung
Hydrierung
Veresterung
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Blends of Biofuels in the EU
► Gasoline (E5,E10,E85)
► Diesel (5% FAME/HVO)
► Bio-Diesel (100% FAME/HVO)
Bio
mas
s/w
aste
extraction
fermentation
gasification
fermentation
pyrolysis
esterification
synthesis
Plant-Oil
Biodiesel
Bio-Ethanol
Bio-Methanol
DME
HVO hydration
Synthetic Fuels
FPBO
process energy
Unsere Zukunft: „Future Fuels“
Forschen für Klimaschutz und Energiewende
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Unsere Zukunft: „Future Fuels“
Forschen für Klimaschutz und Energiewende
PtL
BtL / WtL
H2-Speicherung
Netz-Einspeisung
Direkte Nutzung
Batterie
Erneuerbarer Strom
Elektrolyse
20.04.2018
Die Ressource „regenerativ erzeugter
Strom“
• Mittel- und langfristig Elektrifizierung des
Mobilitätssektors.
• Wie profitieren die weiteren Sektoren?
• Verteilung/Direktnutzung
• Speicherung in Batterien
Erzeugung von Wasserstoff
• Vergleichsweise einfache
Verfahrenstechnik
• Universell einsetzbares Produkt
• Wirkungsgrade 60 % – 70 %
• Speicherung von Wasserstoff ggf. kosten-
und energieintensiv.
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Unsere Zukunft: „Future Fuels“
Forschen für Klimaschutz und Energiewende
PtL
BtL / WtL
Bio-
fuels
Hydrierung
Veresterung
Biomasse
Auf-
bereitung
Reststoffe
H2-Speicherung
Netz-Einspeisung
Direkte Nutzung
Batterie
Erneuerbarer Strom
Elektrolyse
FT- Synthese
CxHy
C -
Quelle
Syn-
Fuels
H2 -
Quelle
H2
CxHy
20.04.2018
- FAME
- UCOME
- B-Ethanol
- Alkohole
- FT-Fuels
- DME
- OME
- Oxygenate
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Noch eine Chemikalie
oder schon ein
„Future Fuel“?
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Future Fuels
Produktion wirtschaftlich
darstellbar
Verfügbare, akzeptierte Rohstoff-
quelle
Produktions-kapazitäten darstellbar
CO2-Reduktions-
potential
kombinierbar und mischbar mit konvent.
Fuels
Bestehende Infrastruktur für Transport und Handling
speicherbar, hohe
Energiedichte
Vergleichbare Eigenschaften zu konv. Fuels
Forschen für Klimaschutz und Energiewende :
Anforderungen an „Future Fuels“
20.04.2018
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Future Fuels
Produktion wirtschaftlich
darstellbar
Verfügbare, akzeptierte Rohstoff-
quelle
Produktions-kapazitäten darstellbar
CO2-Reduktions-
potential
kombinierbar und mischbar mit konvent.
Fuels
Bestehende Infrastruktur für Transport und Handling
speicherbar, hohe
Energiedichte
Vergleichbare Eigenschaften zu konv. Fuels
Forschen für Klimaschutz und Energiewende :
Anforderungen an „Future Fuels“
20.04.2018
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Future Fuels
Produktion wirtschaftlich
darstellbar
Verfügbare, akzeptierte Rohstoff-
quelle
Produktions-kapazitäten darstellbar
CO2-Reduktions-
potential
kombinierbar und mischbar mit konvent.
Fuels
Bestehende Infrastruktur für Transport und Handling
speicherbar, hohe
Energiedichte
Vergleichbare Eigenschaften zu konv. Fuels
Forschen für Klimaschutz und Energiewende :
Anforderungen an „Future Fuels“
20.04.2018
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THG-Emissionen ausgewählter
Brennstoffe
THG‐Emissionen in g CO2‐Äq./MJ
60 % Ziel
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Future Fuels
Produktion wirtschaftlich
darstellbar
Verfügbare, akzeptierte Rohstoff-
quelle
Produktions-kapazitäten darstellbar
CO2-Reduktions-
potential
kombinierbar und mischbar mit konvent.
Fuels
Bestehende Infrastruktur für Transport und Handling
speicherbar, hohe
Energiedichte
Vergleichbare Eigenschaften zu konv. Fuels
Forschen für Klimaschutz und Energiewende :
Anforderungen an „Future Fuels“
20.04.2018
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Abschätzung der Herstellungskosten
Preis in ct/l
Ethanol (Stroh)
incl. Steuer
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Kosten hängen ganz wesentlich vom
Stromgestehungspreis ab
Niedrigste Werte werden mit Windenergie
(onshore), Wasserkraft und Photovoltaik
erreicht
Gute Wetterbediungungen sind
unabdingbar!
Bei Gesamtwirkungsgraden von ca. 50 %
können Preise von 1 € pro Liter erreicht
werden!*
Derzeit zwei kommerzielle Anlagen in
Planung
*Tremel, Schmidt, Tagung „Fuels of the Future“, Berlin 2018
Bewertung: Kosten Power to Liquid
20.04.2018
Power-to-Liquids-Pilotanlage am sunfire-Standort in Dresden
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Future Fuels
Produktion wirtschaftlich
darstellbar
Verfügbare, akzeptierte Rohstoff-
quelle
Produktions-kapazitäten darstellbar
CO2-Reduktions-
potential
kombinierbar und mischbar mit konvent.
Fuels
Bestehende Infrastruktur für Transport und Handling
speicherbar, hohe
Energiedichte
Vergleichbare Eigenschaften zu konv. Fuels
Forschen für Klimaschutz und Energiewende :
Anforderungen an „Future Fuels“
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Future Fuels
Produktion wirtschaftlich
darstellbar
Verfügbare, akzeptierte Rohstoff-
quelle
Produktions-kapazitäten darstellbar
CO2-Reduktions-
potential
kombinierbar und mischbar mit konvent.
Fuels
Bestehende Infrastruktur für Transport und Handling
speicherbar, hohe
Energiedichte
Vergleichbare Eigenschaften zu konv. Fuels
Forschen für Klimaschutz und Energiewende :
Anforderungen an „Future Fuels“
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Future Fuels
Produktion wirtschaftlich
darstellbar
Verfügbare, akzeptierte Rohstoff-
quelle
Produktions-kapazitäten darstellbar
CO2-Reduktions-
potential
kombinierbar und mischbar mit konvent.
Fuels
Bestehende Infrastruktur für Transport und Handling
speicherbar, hohe
Energiedichte
Vergleichbare Eigenschaften zu konv. Fuels
Forschen für Klimaschutz und Energiewende :
Anforderungen an „Future Fuels“
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Future Fuels
Produktion wirtschaftlich
darstellbar
Verfügbare, akzeptierte Rohstoff-
quelle
Produktions-kapazitäten darstellbar
CO2-Reduktions-
potential
kombinierbar und mischbar mit konvent.
Fuels
Bestehende Infrastruktur für Transport und Handling
speicherbar, hohe
Energiedichte
Vergleichbare Eigenschaften zu konv. Fuels
Forschen für Klimaschutz und Energiewende :
Anforderungen an „Future Fuels“
20.04.2018
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Hinsichtlich der der Herstellungskosten ist nicht absehbar, dass
Preisniveaus konventioneller Fuels erreicht werden
Es ist auch nicht abzusehen, ob moderne Brennstoffe allen Branchen
zeitnah zur Verfügung stehen
Technisch bringen THG-reduzierte Brennstoffe die notwendigen
Eigenschaften für eine vielseitige Nutzung mit
Für etwa den Raumwärmemarkt bedeutet dies: Keine tiefgreifende
Neuentwicklung bewährter Technologien notwendig!
Fokus auf technologieübergreifende Konzepte/Sektorkopplung.
Zusammenfassung Bewertung
20.04.2018
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Entwicklung der technischen Reife
20.04.2018
Energiewende
Erforschung von
Future Fuels und
Effizienztechnologien
Grundlagenforschung
- Rohstoffe
- Material
- Komponenten
- Herstellungsverfahren
Angewendungsnahe F&E
- Fuels
- Material
- Komponenten
- Methodenentwicklung
Technische
Reife
Syn-
Fuels
Bio-
fuels
Bio-
fuels
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Kundentank Filter Pumpe Vorwärmer Filter Düse Brennraum/Kessel
Filter Düse Vlies
Stand- und Zuheizer
MotorInjektorHochdruckpumpeFilterTank und Intankpumpe
PumpeFilter
Tank Filter Pumpe Vorwärmer Düse Verbrennung
Fields of Research -
Fuel Testing
Heizölkessel
Automobilanwendung
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Anwendungsnahe Forschung:
Methodenentwicklung „Fit for Purpose“
20.04.2018
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OWI verbindet neue Technologien
und zukünftige Fuels
Moderne Technologien und Verbrennungskonzepte
Effizienz und Emissionen
BHKW und Motoren
Nutzung von
Wasserstoff zur
Effizienzsteigerung
Erneuerbare Energien und klimaneutrale Kohlenstoffquellen
Hybridisierung und THG-reduzierte Fuels
Injektoren, Düsen, Heizgeräte:
Ursachen für Ablagerungen bei biogenen Kraftstoffen
Pyrolyseöl aus Biomasse-Reststoffen für Heizen und Mobilität
HBO im Wärmemarkt:
Eignung von hydrierten Bioölen als Brennstoff
Kraftstoffe für Plug-In Hybridfahrzeuge:
Effekte bei langen Verweilzeiten im Tank
Bioanteile in
Mitteldestillaten
Brennstoffzelle zur
Stromversorgung von Schiffen
20.04.2018
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Synergien im Verbund
TEC4FUELS
OWI IWO
• Vermarktung von Prüfmetho-
den und Testsystemen
• Vergabe von Forschungs-
aufträgen
• Entwicklungsprojekte:
Grundlagen => Anwendung
• F&E von Prüfmethoden
und Testsystemen
• Öffentlich geförderte
Forschungsprojekte
• Grundlagenforschung
• Mitgestaltung von Rahmen-
bedingungen f.d. Wärme-
versorgung
• Technologieentwicklung
• Vergabe von Forschungs-
aufträgen
20.04.2018
30 | www.owi-aachen.de 20.04.2018
Zusammenfassung
Flüssige Energieträger können und werden auch zukünftig einen
wichtigen Beitrag leisten.
Technisch bringen THG-reduzierte Brennstoffe die notwendigen
Eigenschaften für eine vielseitige Nutzung, auch im Raumwärmemarkt
mit.
Derzeit sind noch keine „Power to Liquid“ auf dem Markt verfügbar. Erste
kommerzielle Anlagen sind geplant.
Alles deutet darauf hin, das bewährte Technologien im Bereich der
Verbrennungstechnik auch weiterhin anwendbar bleiben!
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Future Fuels for Future Technologies
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FAME Fatty Acid Methyl Ester Fettsäuremethylester
HVO Hydratet Vegetable Oil Hydriertes Pflanzenöl
FT-Synthese Fischer-Tropsch-Synthese
DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und
Biotechnologie e.V.
WTL Waste to Liquid Flüssige Brenn- und Kraftstoffe aus Abfällen
UCOME Used Cooking Oil Methyl Ester Methylester aus Altspeisefetten
HBO Hydriertes Bio Öl --> HVO
DME Dimethylether
FPBO Fast Pyrolysis Bio Oil Pyrolyseöl aus dem Fast Pyrolyse Prozess
B-Ethanol Bio-Ethanol
OME Oxymethylenether
PBTL Power and Biomass to Liquid Brenn- und Kraftstoffe aus Biomasse und reg. Strom
PTL Power to Liquid Brenn- und Krafstoffe aus Strom
THG-Emissionen Treibhausgas-Emissionen
BTL Biomass to Liquid Brenn- und Kraftstoffe aus Biomasse
PV Photovoltaik
Glossar