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Nutzung erneuerbarer Energien für emissionsfreie Mobilität

mittels PEM-Elektrolyse

Dr. Markus Böhm, Siemens AG, Hydrogen Solutions

Enge-Sande 20. und 21. Mai 2016

Frei verwendbar

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PD LD HY S Dr. Markus Böhm

Energiebedingte CO2-Emissionen weltweit

Auf dem Weg zu einer Erwärmung von 4-5 °C



Die derzeit für COP21 eingereichten beabsichtigte Beiträge

sind unzureichend, um das 2ºC Ziel zu erreichen.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

INDC (2.5-3.5oC)

4 -5ºC

2ºC

Gt CO2eq/year

Global emissions scenarios

INDC: Intended Nationally Determined Contributions

Source: Carbon Action Tracker, IPCC AR5 Note: GDP assumption of 3.6% p.a. (avg. over all countries and time)

Gap

15 – 17 Gt = China’s

emissions

~70 Gt

~57 Gt

~40-42 Gt

Baseline

COP21 country

commitment scenario =

Remaining

carbon budget

(~1000 Gt CO2)



Energiebedingte CO2-Emissionen in Deutschland



Bereits heute bestehen lokale Herausforderungen bei

der Integration der Erneuerbaren Energien

~90% ~80%

~46%

~77% ~62%

~21% ~29%

~37%

~20%

~23%

~11%

~12%

~7%

Ambitionierte

Auspaupläne der EE

erfordern zusätzliche

Flexibilitäten.

Auch mit den

geplantem Netzausbau

wird Deutschland keine

„Kupferplatte“

2030 ?

Wind Ausbau

überwiegend

im Norden

Solarenergie

Ausbau

überwiegend

im Süden

Anteil der EE Erzeugung

in Regionen * * Source: AGEE-Stat, LAK, extrapolated

Abschaltungen im

Norden in 01/2015

betrugen bis zu 40%



Gas-

Reinigung

Trocknung

Kompressor

Netzanschluss

Trafo

Gleichrichter

Elektrolyse

Wechsel-

brücke

(200 bar)

H2-Nutzungspfade

CGH2

Trailer

(z.B. 200 bar)

Gaseinspeise

Station

BHKW

Fuel Cell

Gas-Turbine

H2-Tankstelle

PKW, 700 bar

Bus, 350 bar

Trafo Wasserstoff-

Speicher

Hochdruck-

Kompressor

und Speicher

Erdgasnetz

Stromnetz

Industrie

Wohngebiet

Biogasanlage

Einspeisung

Wärmenetz

Netz-

Dienstleistungen

CO2 Bio-Methan 98%

50%

Wärme

Beispiel von unterschiedlichen Nutzungspfaden

einer Power-to-Gas Anlage

Wasserstoff



Lagertechnik und

Sonderfahrzeuge Elektrische Leichtfahrzeuge PkWs

Busse

Strassenbahnen & Züge Schiffe Flugzeuge

Raumfahrt Raffinerien

Möglicher Einsatz von „grünem“ Wasserstoff in der

Mobilität

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Mercedes-Benz_F-Cell_WAS_2011_1048.JPG

http://i1.wp.com/www.hzwei.info/blog/wp-content/uploads/2014/09/Zemships_Alsterwasser_2008.jpg

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Boeing_Fuel_Cell_Demonstrator_AB1.JPG

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Bidboland_gas_refinery.jpg



• Verringerung von CO2 Emissionen im Verkehrssektor.

• Abhängigkeit von natürlichen Ressourcen wird

vermindert (Der Verkehrssektor ist heute zu 90% auf

Erdöl angewiesen).

• Steigerung der Lebensqualität durch Befreiung der

Städte von Schadstoffen, Feinstaub und Lärm

• Verbesserung der Effizienz der Netze und Förderung

des Ausbaus erneuerbarer Energien

• Innovationsschub für Deutsche Wirtschaft und

Stärkung für den internationalen Wettbewerb

Quelle: FCH JU, Bus

Commercialization Study

CO2-frei hergestellter Wasserstoff ermöglicht Nutzung

erneuerbarer Energien im Verkehrssektor



Anwendungsbeispiel:

Bus Depot mit “Onsite”-Elektrolyse

Mittelspannungs-Anschluss

Stromversorgung Elektrolyse:

Trafo + Gleichrichter

Wasserstoff Backup-Speicher

(z.B. 500 bar)

Kompression

Trailer Abfüllung

(z.B. bis zu 500 bar)

Brennstoffzellen-Bus Tankstelle

(z.B. 350 bar)



Netz-

Unterstation Elektrolyseur

Mitteldruck-

Kompressor

Gasreinigung

& Trocknung

Wasserstoff

Speicher

H2-Tankstelle*

20 Busse pro Tag

~20kg pro Betankung

*Weitere Annahmen: Täglicher Bedarf Wasserstoff insgesamt: 400 kg, Anlagen Abschreibung: 10 Jahre, BZ-Bus: 8 kg/100km; Diesel-Bus: 40 l/100 km; Diesel-Price:1,30 €/l

Resumé: Die Wirtschaftlichkeit ist maßgeblich von den Stromkosten abhängig.

Zusätzlich erreicht man eine emissionsfreie und lärmreduzierte Mobilität.

Anwendungsbeispiel

Wirtschaftliche Wasserstofferzeugung für Busse



• Für die erfolgreiche Markteinführung […] ist eine rechtliche Klarstellung

der Eigenschaft von Power-to-Gas als Nicht-Letztverbraucher

zwingend notwendig. […] Aus dieser Eigenschaft als Nicht-

Letztverbraucher lässt sich eine Befreiung von der EEG-Umlage, den

Netznutzungsentgelten, der Stromsteuer, der Stromsteuer, den

Konzessionsabgaben, der §19-Umlage und Offshore-Umlage sowie

der KWK-Umlage ableiten […]

• Power-to-Gas ist […] in die bestehenden technische Regelungen für

die Erdgasinfrastruktur zu integrieren […]

• Es sind […] zeitlich und im Volumen begrenzte

Markteinführungsinstrumente zu schaffen, um einen wirtschaftlichen

Anlagebetrieb für Power-to-Gas Anlagen während der Erprobungs- und

Markteinführungsphase zu ermöglichen […]

Empfehlungen zu politischen Rahmenbedingungen



Silyzer 200

Nennleistung 1.25 MW,

überlastfähig > 2MW

Start-up Zeit <10 s (von stand-by)

Ausgangsdruck 35 bar

Reinheit H2 99.9% (Nennbetrieb)

Systemwirklungsgrad 65 – 70 %

Abmessungen 6,3 x 3,1 x 3,0 m

Design Lebensdauer > 80.000 h

H2 Produktion 20kg/h, 225 Nm3/h

• Wasserbasierte Elektrolyse: keine Laugen

• Stack ist wartungsfrei über Lebensdauer

• Lastzyklen 0 % .. 160 % ohne relevante

Alterung

• Keine Inertgas Spülung, geringe stand-by

Leistung, kein Vorheizen

• Industrielles robustes Design

• Modular und skalierbar

Robustes Design, lange Lebensdauer und einfache

Wartung unterstützen nachhaltige Geschäftsmodelle



• Drei Hochleistung-Elektrolysesysteme mit

Spitzenleistung von je 2 MW el. (6 MW Spitze)

• Anschluss an Windfarm mit 10 MW

• 1000 kg Speicher (33 MWh)

• Jahresproduktion Zielwert 200 t (LKW-

Abfüllanlage und Einspeisung in das lokale

Gasnetz)

Energiepark Mainz – Projektumfang und wichtigste

Daten



Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Dr. Markus Böhm

Sales Manager

PD LD HY

Process Industries and Drives

Large Drives

Hydrogen Solutions

Günther-Scharowsky-Str. 1

91058 Erlangen, Germany

E-Mail:

[email protected]

siemens.com/hydrogen-electrolyzer

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