die rolle der chemie in der energiewende ac v hauptseminar 18.06.2013 lucas kreuzer

Die Rolle der Chemie in der Energiewende

AC V Hauptseminar18.06.2013

Lucas Kreuzer

1. Energielage in Deutschland

2. H2 als Energieträger

3. CH4 als Energieträger

4. Electric Double-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs

5. Zusammenfassung

Gliederung

Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland[1]

[1] Robert Schlögl, Chemistry's Role in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426


Zukünftige Verteilung der Energieträger in Deutschland [1]




Leichter Abfall des Gesamtenergieverbrauchs




Leichter Abfall des Gesamtenergieverbrauchs

Entlastung der fossilen Energieträger durch regenerative Energien


Anteil der erneuerbaren Energien am Energieendverbauch in Deutschland (2012)[2]

Anteil erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2012

Solarthermie, Geothermie:

0,5 %

Wasserkraft:0,8 %

Windenergie:1,8 %

Photovoltaik:1,1 %

fossile Energieträger (Steinkohle, Braunkohle, Mineralöl, Erdgas) und

Kernenergie:87,4 %

Biomasse2):8,2 %

Anteile EE 201212,6 %

Gesamt: 8.986 PJ1)

1) Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V. (AGEB); 2) Feste und flüssige Biomasse, Biogas, Klär- Deponiegas, biogener Anteil des Abfalls, Biokraftstoffe;Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) und ZSW, unter Verwendung von Angaben der AGEB;

EE: Erneuerbare Energien; 1 PJ = 1015 Joule; Abweichungen in den Summen durch Rundungen; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig

[2] www.erneuerbare-energien.de (Stand: 20.05.2013)

Energieverbrauch verschiedener Energieträger in Deutschland[1]


- finanzieller Aufwand [1]



- zeitlicher Aufwand



- zeitlicher Aufwand

- fehlende Infrastruktur


- fehlende Infrastruktur - Vergleich des Gesamtenergieverbrauchs im Sommer und Winter

[3] www.agora-energiewende.de (Stand: 16.06.2013)

- fehlende Grundlagentechnologien[1]


[4] SEFEP Studie: „Technology Overview on Electricity Storage”, ISEA RWTH Aachen, September 2012

Gewinnung von H2

H2

Photolyse Elektrolyse Dampfreforming

H2


H2


H2O + CH4 CO + 3 H2

CO + H2O CO2 + H2 (Wassergas Shift Reaktion)

ΔH = +206.2 kJ/mol

ΔH = -41.2 kJ/mol

H2


H2O + CH4 CO + 3 H2

CO + H2O CO2 + H2

- technisch ausgereift

(Wassergas Shift Reaktion)

ΔH = +206.2 kJ/mol

ΔH = -41.2 kJ/mol

H2


H2O + CH4 CO + 3 H2

CO + H2O CO2 + H2


- kostengünstig


ΔH = +206.2 kJ/mol

ΔH = -41.2 kJ/mol

H2


H2O + CH4 CO + 3 H2

CO + H2O CO2 + H2

ABER: negative CO2 Bilanz


ΔH = +206.2 kJ/mol

ΔH = -41.2 kJ/mol


- kostengünstig

H2


Energie zur Wasserstoffgewinnung muss aus regenerativen Energiequellen kommen

Elektrolyse - Wirkungsprinzip

[5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)


Reaktion Kathode:2 H2O + 2 e- H2 + 2 OH-




Reaktion Anode:2 OH- 0.5 O2 + H2O + 2 e-




Reaktion Anode:2 OH- 0.5 O2 + H2O + 2 e-

Gesamtreaktion:H2O 0.5 O2 + H2


Speicherung von H2

physikalisch

flüssig gasförmig

Speicherung von H2

chemisch

In höherwertigenMolekülen

physikalisch

flüssig gasförmig

CH4 CH3OH

Speicherung von H2

chemisch

In höherwertigenMolekülen

Hydride

physikalisch

flüssig gasförmig

kovalent/ionisch

Metallhydride

KomplexeCH4 CH3OH

Metallhydride

Metall + H2 Metallhydrid + Wärme

[6] www.fraunhofer.de (Stand: 20.05.2013)

Umwandlung in Methan: Methanisierung

4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O

3 H2 + CO CH4 + H2O

ΔH = -165.0 kJ/mol

ΔH = -206.2 kJ/mol

Umwandlung in Methan: Methanisierung

4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O

3 H2 + CO CH4 + H2O

Aus Biogasanlagen, der Umgebungslust oder aus industriellen Prozessen

ΔH = -165.0 kJ/mol

ΔH = -206.2 kJ/mol

Wind

Solar

Stromnetz

ElektrolyseH2O H2 + 0.5 O2

Methanisierung4 H2 + CO2 CH4 + H2O

Industrie

Gasnetz

Strom-erzeugung

HeizenH2O

CH4 CH4 CH4 CH4

CO2

H2

H2

H2

Electric Double-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs

[7] www.wima.de/DE/supercap_function.htm (Stand: 12.06.2013)

Elektroden

Electric Double-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs

[7] www.wima.de/DE/supercap_function.htm (Stand: 12.06.2013)

Elektroden

[7] www.wima.de/DE/supercap_applic.htm (Stand: 12.06.2013)

Zusammenfassung

- Aneignung von grundlagenwissenschaftlichen Erkenntnisse um das Energiesystem - nachhaltig auf regenerative Primärenergie umstellen zu können

- Mit dem steigendem Anteil an erneuerbaren Energien werden effizientere - Speichermedien benötigt

- Ausbau und Optimierung der Infrastruktur für erneuerbare Energien

- Schlüsselrolle der Chemie: Mit ihren Produkten trägt die chemische Industrie zur- Energieeffizienz und –einsparung in allen Bereichen der Gesellschaft bei

die rolle der chemie in der energiewende ac v hauptseminar 18.06.2013 lucas kreuzer

Documents