Power-to-Chemicals

Power-to-Chemicals (tedesco come: elettricità ai prodotti chimici ) indica un processo in cui viene utilizzata l' energia elettrica in eccesso da energia rinnovabile tramite l' elettrolisi dell'acqua e ulteriori passaggi a valle per la produzione di materie prime chimiche. Power-to-Chemicals è quindi una tecnologia Power-to-X che può essere utilizzata come parte della transizione energetica per l' accoppiamento settoriale . Power-to-Chemicals si basa sul processo Power-to-Gas , a cui è strettamente correlato. Tuttavia, i prodotti realizzati non sono utilizzati per l'accumulo diretto di energia, ma sono destinati all'uso materiale per poter decarbonizzare in questo modo la produzione di materie prime dell'industria chimica .

processi

Il punto di partenza del processo power-to-chemicals è inizialmente l'elettrolisi dell'acqua, in cui l'acqua viene divisa in ossigeno e idrogeno . L'idrogeno ottenuto in questo modo viene quindi utilizzato in una seconda fase insieme all'anidride carbonica per produrre un gas di sintesi per una sintesi di metanolo per formare metanolo o una sintesi di Fischer-Tropsch per formare una miscela di idrocarburi gassosi e liquidi , che a loro volta servono come il materiale di partenza per una varietà di altri processi per la produzione di etilene , propilene o altri prodotti e i successivi prodotti basati su di essi possono essere riutilizzati. L' idrogeno, reagito con l' azoto , può essere utilizzato anche per la sintesi di ammoniaca e suoi sali, carbammato di ammonio , carbonato di ammonio e carbonato di idrogeno di ammonio , che trovano principalmente impiego come fertilizzanti ( power-to-ammoniaca ).

sfondo

Poiché l' industria chimica sia nella produzione di energia che nei materiali convertiti materie prime fossili principalmente ai combustibili fossili si basa su petrolio e gas naturale , deve essere l'industria chimica con la carenza di materie prime e per proteggere il clima le loro materie prime sono convertito sempre più alle energie rinnovabili e alle fonti di carbonio. Oltre alla biomassa, le alternative alle materie prime chimiche fossili sono gli idrocarburi prodotti sinteticamente dall'anidride carbonica sulla base delle tecnologie Power-to-X come B. alimentazione a gas così come carboni già presenti nella tecnosfera sotto forma di plastica prodotti ed altri che può essere alimentato in un'economia circolare attraverso il riciclaggio chimico . Poiché il carbonio è alla base dei processi chimici organici, in questo caso non si può parlare di decarbonizzazione (“abbandono del carbonio”).

I sistemi power-to-gas consentono di ottenere materie prime sintetiche a base di acqua e anidride carbonica dall'elettricità rinnovabile in eccesso , dalla quale è possibile produrre materie prime più complesse come metano, metanolo o polimeri . Indirettamente, power-to-chemicals, come power-to-gas, sono un processo di accumulo di energia elettrica, poiché in questo modo i combustibili fossili vengono sostituiti e non sono più necessari come fornitori di materie prime, ma sono potenzialmente disponibili per scopi energetici o in il terreno può rimanere. Inoltre, gli impianti power-to-chemicals possono rendere il sistema energetico e altri sistemi di stoccaggio più flessibili, ad esempio fornendo potenza di controllo o utilizzandola nella gestione del carico , contribuendo così all'accoppiamento settoriale.

L'industria chimica in particolare viene messa in discussione come acquirente dei prodotti, ma in alcuni casi anche altri rami dell'industria hanno una forte domanda di idrogeno o altri gas di sintesi. Ad esempio, le raffinerie di petrolio , che hanno un fabbisogno significativo di idrogeno per la produzione di combustibili , potrebbero essere rifornite di idrogeno da impianti power-to-gas, il che potrebbe ridurre significativamente le emissioni di CO 2 dai trasporti . Con l'uso del power-to-chemicals, alcuni processi industriali possono essere decarbonizzati che attualmente sono ancora forniti con combustibili fossili. Ad esempio, l'industria tedesca ha consumato più di 60 TWh di idrogeno nel 2010, che è stato ottenuto quasi interamente da fonti fossili . Dal punto di vista dell'industria energetica, ha quindi senso soddisfare prima il fabbisogno di idrogeno dell'industria con power-to-chemicals prima che l'idrogeno venga ulteriormente trasformato in metano nel processo power-to-gas, altrimenti idrogeno da metano fossile / gas naturale e metano artificiale allo stesso tempo verrebbero generati dall'idrogeno. La produzione di syngas per l'industria chimica ha anche un vantaggio ambientale maggiore rispetto alla produzione di metano utilizzando la tecnologia power-to-gas.

letteratura

Prove individuali

  1. ↑ Cfr. Ulrich Bünger, Jan Michalski, Patrick Schmidt e Werner Weindorf, Hydrogen - Key Element of Power-to-X , in: Johannes Töpler, Jochen Lehmann (a cura di): Hydrogen and fuel cell. Tecnologie e prospettive di mercato . 2a edizione, Berlino - Heidelberg 2017, 327-368, qui p. 329.
  2. ↑ Michael Sterner , Ingo Stadler (a cura di): Energy storage. Necessità, tecnologie, integrazione. 2a edizione. Springer Verlag, Berlino / Heidelberg 2017, p. 169 e p. 190.
  3. ↑ a b Michael Carus, Achim Raschka: Il carbonio rinnovabile è la chiave per un'industria chimica sostenibile e orientata al futuro. Biotecnologie industriali 14 (6), 2018; S. doi : 10.1089 / ind.2018.29151.mca .
  4. ↑ Michael Sterner , Ingo Stadler (a cura di): Accumulo di energia - requisiti, tecnologie, integrazione . Berlino - Heidelberg 2017, p. 677s.
  5. ↑ Michael Sterner , Ingo Stadler (a cura di): Accumulo di energia - requisiti, tecnologie, integrazione . Berlino - Heidelberg 2017, p. 31.
  6. ↑ Robert Schlögl : Imparare dalla natura. Riduzione chimica della CO 2 . In: Jochem Marotzke , Martin Stratmann (a cura di): Il futuro del clima. Nuove intuizioni, nuove sfide. Un rapporto della Max Planck Society. Beck, Monaco di Baviera 2015, pagg. 167-182, p. 178.
  7. ↑ Cfr. Viktor Wesselak , Thomas Schabbach , Thomas Link, Joachim Fischer: Handbuch Regenerative Energietechnik. 3a edizione aggiornata e ampliata, Berlino - Heidelberg 2017, p. 763.
  8. ^ Andre Sternberg, Andre Bardow: Life Cycle Assessment of Power-to-Gas: Syngas vs Methane . In: ACS Chimica e ingegneria sostenibili . nastro 4 , no. 8 , 2016, pag. 4156-4165 , doi : 10.1021 / acssuschemeng.6b00644 .