PtX-Studie

Power-to-X-Kraftstoffe (kurz: PtX-Kraftstoffe) bieten als sog. „Drop-In Fuels“ eine vielversprechende Möglichkeit den Verkehrssektor mit einem vergleichsweise geringen infrastrukturellen Aufwand zu defossilisieren. In den bisher veröffentlichten Studien werden PtX-Kraftstoffe überwiegend auf einer systemanalytischen Ebene betrachtet. Im Fokus stehen dabei meist die Wirtschaftlichkeit und Ökologie der Kraftstofferzeugung sowie Potenzialabschätzungen. Verfahrenstechnische Details werden dabei oft nur oberflächlich behandelt, sind jedoch für eine aussagekräftige Bewertung unterschiedlicher Kraftstoffoptionen essenziell.

Im Rahmen dieser Studie wurden erstmals verschiedene PtX-Prozessketten zur Herstellung von „e-fuels“ auf einer einheitlichen und detaillierten verfahrenstechnischen Basis miteinander verglichen. Hierzu wurden zunächst die in Frage kommenden Prozessketten entworfen und dann anhand von charakteristischen Kenngrößen wie z. B. Kohlenstoffbedarf, Kohlenstoffausnutzung, Wasserstoffausnutzung und Prozesskettenwirkungsgrad bewertet. Bei der Prozesskettenbewertung wurden Aspekte der Wärmeintegration und der internen Nutzung von Nebenprodukten berücksichtigt. Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Analyse wurde dann eine ökonomische und ökologische Bewertung der Kraftstoffbereitstellung vorgenommen.

Ergebnisse :

Die energetische Bilanzierung der untersuchten PtX-Prozessketten zeigt, dass hohe Wirkungsgrade von 57 – 75 % insbesondere mit integrierten methanbasierten Power-to-Gas (PtG)-Prozessketten zu erzielen sind. Bei Power-to-Liquid (PtL)-Prozessketten sind die Wirkungsgrade aufgrund der höheren Prozesskomplexität und des geringeren Wärmeintegrationspotenzials etwas geringer und bewegen sich bei den integrierten Prozessketten zwischen 26 % und 58 %. Im PtL-Bereich werden die höchsten Wirkungsgrade von den Methanol- (46 % bis 58 %) und Fischer-Tropsch-Prozessketten (48 % bis 57 %) erreicht.

Auch bei den Kraftstoffgestehungskosten sind methanbasierte PtG-Prozessketten im Vorteil: Durch die vielseitigen Prozesskettenvarianten bzw. Kohlenstoff-Bereitstellungspfade (z. B. Direct Air Capture, Fermentation, Vergasung) bieten methanbasierte PtG-Kraftstoffe in einem breiten Anlagenkapazitätsbereich (hier: 5 – 500 MW Elektrolyseleistung) die geringsten Kraftstoffgestehungskosten. PtL-Kraftstoffe sind grundsätzlich erst bei Anlagengrößen ab 500 MW Elektrolyseleistung wirtschaftlich konkurrenzfähig. Langfristig sind bis 2050 Kraftstoffgestehungskosten von 2,58 €/100 km (PtG) bzw. 3,21 €/100 km (PtL) möglich (Basis: Kompaktklasse PKW, Elektrolyseleistung: 500 MW).

Die Well-to-Wheel-Analyse der betrachteten PtX-Kraftstoffe zeigt, dass die THG-Emissionen bei der Nutzung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie und grünem Kohlenstoff ungefähr denen von mit regenerativem Strom betriebenen, batterieelektrischen Fahrzeugen entsprechen.