PtG-Anlage Empa

SSM-Forum Technik28. Oktober 2019, Dübendorf

Adrian GonzalezProjektleiter move-MEGA

Ablauf

• Ausgangslage & Motivation• PtX-Demonstrator move• PtG-Projekt move-MEGA

Motivation

Ausgangslage SchweizBei einer vollständigen Tag/Nacht-Kompensation über ganze Wochen (z.B. mittels Pumpspeicherkraftwerken, Batterien) liegt der erwartete Stromüberschuss nach dem Ausstieg aus dem Kernkraftwerk (-25 TWh) und eine Erweiterung des PV-Potenzials auf 50% (+25 TWh) bei rund 10 TWh(dunkelgelber Bereich).Wird dies nicht nutzbar gemacht, kann sich die PV-Ausdehnung verlangsamen.

Bei einer vollständigen Tag/Nacht-Kompensation über ganze Wochen (z.B. mittels Pumpspeicherkraftwerken, Batterien) liegt der erwartete Stromüberschuss nach dem Ausstieg aus dem Kernkraftwerk (-25 TWh) und eine Erweiterung des PV-Potenzials auf 50% (+25 TWh) bei rund 10 TWh(dunkelgelber Bereich).Wird dies nicht nutzbar gemacht, kann sich die PV-Ausdehnung verlangsamen.

Situation in Deutschland

Verkehrssituation Schweiz

AnsatzElektromobilität

AnsatzSynthetischeTreibstoffe

Mikrozensus:Die 70% kürzesten Autofahrten machen 30% der Kilometer aus oder die 30% der längsten Autofahrten 70% der Kilometer.Transfer zu den Fahrzeugen: Ein kleiner Anteil (z.B. 30%) der Fahrzeuganwendungen ist für den Großteil (z.B. 70%) der CO2-Emissionen verantwortlich.Ergänzende Technologien: Elektromobilität und Fahrzeuge mit synthetischem Kraftstoff ergänzen die Konzepte.

Mikrozensus:Die 70% kürzesten Autofahrten machen 30% der Kilometer aus oder die 30% der längsten Autofahrten 70% der Kilometer.Transfer zu den Fahrzeugen: Ein kleiner Anteil (z.B. 30%) der Fahrzeuganwendungen ist für den Großteil (z.B. 70%) der CO2-Emissionen verantwortlich.Ergänzende Technologien: Elektromobilität und Fahrzeuge mit synthetischem Kraftstoff ergänzen die Konzepte.

70% derFahrten

30% derDistanz

Ablauf

• Ausgangslage & Motivation• PtX-Demonstrator move• PtG-Projekt move-MEGA

PtX Demonstrator move

67.5kWh

8kg

48kg

90kg

180kW2.7kg/h

29kW220kW

e-Ladestation(20 kWel)

H2 Speicher(44 MPa, 6 x 531l)

H2 Pufferspeicher(3 MPa, 6 x 531l)

Elektrolyseur(max. H2 Produktion 30 Nm3/h)

Verdichter 2(90 MPa)

Verdichter 1(44 MPa)

CNG-Zapfsäule(20 MPa)

HCNG-Zapfsäule(35 MPa, 2 – 30 vol.-%H2)

H2-Zapfsäule(35 & 70 MPa)

Netzbatterie(67.5 kWh)

PtX Demonstrator an der Empa

Ablauf

• Ausgangslage & Motivation• PtX-Demonstrator move• PtG-Projekt move-MEGA

move-MEthanGAs

• Übergeordnete Ziele:• CO2-arme Langstrecken-Mobilität (PW, LKW)• Energieversorgung im Winter

• Projektziel:• Energie- und prozessoptimierte sorptionsverstärkte Methanisierungsanlage

im zweistelligen kW-Bereich erfolgreich betreiben.

• Anlagenpartner

• Projektpartner

CO2-Quelle: DAC-3 Climeworks

Methanisierung Empa’s sorptionsverstärkte

Methanisierung

move-MEthanGAs Erweiterung

Funktionsprinzip CO2 Kollektor

Empa entwickelte Methanisierung Kontinuierliche Absorption des

Reaktionswassers Vorteil:

Fast 100% Methan mit einer Stufe Potential ohne Aufbereitungsstufe

einspeisefähiges Gas zu produzieren.

Herausforderung: Limitierte Wasseraufnahme Dauer der Trocknung

Sorptionsverstärkte Methanisierung

A. Borgschulte, et al. Phys. Chem. Chem. Phys., 2013,15, 9620

4 𝐻 + 𝐶𝑂 ↔ 𝐶𝐻 + 2 𝐻 𝑂

sorptionsverstärkt konventionelle Methanisierung

Sorptionsverstärkte Methanisierung

Stand Heute:1kW Prototyp im Labor

In 3 Jahren:50 kW Reaktor integriert im move

Effizienzsteigerung durch Abwärme Nutzung

Elektrolyseur: 50 kW Abwärme bei 50°C In Kombination mit einer Wärmepumpe

Methanisierung: 10 kW Abwärme bei 200°C

Wärmemanagement

2019 2020 2021 2022

Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3

AP1:

AP2:

AP3:

AP4:

Auslegung der AnlageAuslegung der Anlage

Realisierung der MethanisierungsanlageRealisierung der Methanisierungsanlage

Realisierung des atmosphärischen CO2-KollektorsRealisierung des atmosphärischen CO2-Kollektors

Simulation und MonitoringSimulation und Monitoring

Zeitrahmen

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!