Power-to-X: op weg naar een CO2-neutrale toekomst
Onderwerpen zoals decarbonisatie en de zogenoemde "Zero Emission Economy" zorgen in de energiesector in toenemende mate voor gespreksstof. Bij WAGO spelen we hier al enige tijd op in met een ruime keuze aan oplossingen:
Rugwind voor de waterstofeconomie
Kort na de vierde, digitale revolutie ondergaat de Duitse economie opnieuw radicale veranderingen. De doelen: het consequente gebruik van hernieuwbare energie, de end-to-end elektrificatie van productie en mobiliteit en de ontwikkeling van een nieuwe waterstofeconomie; het goede nieuws is dat zowel expertise als innovatieve producten beschikbaar zijn voor deze verandering. Dit wordt aangetoond door het voorbeeld van een geautomatiseerde testfaciliteit voor het optimaliseren van elektrolysers.
Van productie en opslag
tot het gebruik van duurzame energie
Onze producten en oplossingen voor groene waterstof
1. Productie – duurzame energie
Met betrekking tot de nagestreefde decarbonisatie zal groene waterstof een sleutelrol spelen en fossiele brandstoffen op lange termijn ook vervangen. Momenteel ligt de nadruk nog op het gebruik van waterstof zelf, bijvoorbeeld voor de productie van synthetische brandstoffen of van ammoniak en methanol.
Groene waterstof wordt door middel van elektrolyse uit duurzame energiebronnen gewonnen. Dankzij de opslagcapaciteit kunnen opwekking en verbruik van elkaar losgekoppeld worden. Zo kan bijvoorbeeld de tijdens de zomermaanden in overvloed beschikbare zonne-energie van fotovoltaïsche installaties worden opgeslagen voor de wintermaanden of voor perioden met slechts weinig zon en op een later tijdstip behoeftegericht worden benut. Deze opslagmogelijkheid biedt ook op het gebied van remote techniek een groot potentieel. Duitsland kan als primaire opslaglocatie worden gebruikt, zodat overtollige energie niet naar het buitenland hoeft te worden verkocht, zoals nu nochtans het geval is.
Voor een netwerkgericht teruglevermanagement voor uw opwekkingsinstallaties op het netaansluitpunt (NAP) adviseren wij het gebruik van onze regelingen voor opwekkingsinstallaties met WAGO Power Plant Control. Onze robuuste RTU-oplossingen met de remote protocollen IEC 61850, IEC 60870, DNP3 of Modbus® staan voor de optimalisering van uw remote techniek ter beschikking.
2. Productie – elektrolyse
De elektrolyse is een beproefde procedure om water (H2O) met behulp van stroom in waterstof (H2) en zuurstof (O2) op te splitsen. De meest bekende elektrolyseprocessen zijn de alkalische elektrolyse (AEL), de proton-uitwisseling-membraanelektrolyse (PEM) en de hogetemperatuurelektrolyse (HTE). De door elektrolyse uit duurzame energie verkregen groene waterstof, een transparant gas, zal in de toekomst een groot deel van de fossiele brandstoffen vervangen en kan op deze wijze een belangrijke bijdrage aan de decarbonisatie van onze maatschappij leveren. Om op lange termijn de overstap te kunnen maken naar een duurzame waterstofeconomie, zijn zowel kleinere, decentrale elektrolysers als centrale elektrolysers met meerdere megawatt en een bijzonder hoog rendement nodig.
3. Transformatie
Met name in de chemische industrie en in raffinaderijen wordt waterstof vaak als grondstof voor de transformatie naar Power-to-X gebruikt. Het wordt onder andere gebruikt bij de productie van ammoniak en methanol.
Productie van ammoniak en methanol
Ammoniak wordt door middel van de zogenoemde ammoniaksynthese geproduceerd. Het grote voordeel van ammoniak als energiebron is het feit dat het over een grote transport- en opslagcapaciteit beschikt. Hierdoor is het mogelijk om ammoniak in de toekomst als Power-to-X, bijvoorbeeld als brandstof voor motoren of voor de exploitatie van energiecentrales, te gebruiken. Methanol is een in grote hoeveelheden geproduceerde, organische en chemische stof die eveneens als chemische grondstof of als energiebron kan worden benut. Net als bij de productie van ammoniak zijn ook voor de methanolsynthese waterstof en CO2 nodig.
Met behulp van synthetische brandstoffen – de zogenoemde e-fuels – kunnen in de toekomst CO₂ neutrale verbrandingsmotoren worden gebruikt. Een bronproduct voor de productie van synthetische brandstof is waterstof. Die wordt verkregen door het splitsen van waterstof (H2) uit water door middel van elektrolyse. Opdat waterstof verandert in een vloeibare e-fuel, wordt vervolgens koolstofdioxide (CO₂) toegevoegd, een afvalproduct uit industrie- en biogasinstallaties. Het mengsel dat tijdens dit proces ontstaat, neemt door bepaalde chemische processen de eigenschappen van benzine, kerosine of diesel aan en is hierdoor geschikt voor gebruik in benzine- en dieselmotoren of voor vliegtuigen. Bovendien kan de in ammoniak gebonden waterstof teruggewonnen en opnieuw gebruikt worden.
Transformatie - e-fuels, synthetische brandstoffen
Terwijl conventionele brandstoffen worden gemaakt van aardolie, aardgas of steenkool, worden alternatieve brandstoffen gemaakt van "biogene" of "synthetische" materialen. Zogenoemde "biogene" brandstoffen worden verkregen uit planten, plantenresten of mest. CO2-neutrale, synthetische brandstoffen worden door middel van ingewikkelde chemische processen en over het algemeen zonder fossiele grondstoffen geproduceerd. Een bronproduct voor de productie van synthetische brandstof is waterstof. Opdat de waterstof verandert in een vloeibare e-fuel, wordt koolstofdioxide (CO₂) toegevoegd, een afvalproduct uit industrie- en biogasinstallaties. Door dit proces ontstaan synthetische benzine, kerosine of diesel. Met andere woorden: synthetische brandstoffen die geschikt zijn voor conventionele verbrandingsmotoren.
4. Transport
Waterstof kan zonder overmatige inspanningen eenvoudig getransporteerd worden. Waterstof kan in gasvormige toestand in drukreservoirs en in vloeibare vorm in speciale tanks worden getransporteerd. Voor transport, opslag en toevoer kan in Duitsland zelfs gedeeltelijk gebruik worden gemaakt van het reeds aanwezige gasnetwerk. Deze mogelijkheid is natuurlijk voordeliger dan het aanleggen van compleet nieuwe systemen. Door het gebruik van elektrolysers kan overtollige energie van fotovoltaïsche installaties of van windturbines in de vorm van waterstof ook gedurende langere tijd worden opgeslagen. Om individueel en snel op fluctuaties in het elektriciteitsnet te kunnen reageren, kan waterstof bij piekbelastingen door het gebruik van brandstofceltechnologie of in combinatie met een gascentrale op korte termijn in stroom worden omgezet.
Om de CO2-uitstoot verder te beperken, is het technisch mogelijk om in de industrie aardgas zonder al te veel aanpassingen door waterstof te vervangen of tijdelijk met aardgas te mengen.
Bij synthetisch geproduceerde brandstoffen zoals e-fuels of chemische grondstoffen zoals ammoniak of methanol is de situatie vergelijkbaar. Ook hier kunnen bestaande infrastructuren en processen ook in de toekomst worden benut.
5. Gebruik – staalindustrie
De staalindustrie tekent binnen de Europese Unie verantwoordelijk voor ca. 5 % van de totale uitstoot aan broeikasgassen. Bij de conventionele staalproductie met behulp van hoogovens worden grote hoeveelheden CO2 uitgestoten. Om de emissies te verlagen, kunnen de voor de reductie relevante verbindingen (waterstof en koolmonoxide) door middel van hogetemperatuurelektrolyse (HTE) ter beschikking worden gesteld. De eenvoudigste manier om processen te koppelen, is het toevoegen van waterstof aan het aardgas. Het gebruik van groene waterstof kan voor een aanzienlijke reductie van de uitstoot van CO2 zorgen.
6. Gebruik – chemische industrie/raffinaderijen
In de chemische industrie en in raffinaderijen is waterstof een belangrijke grondstof. Om CO2-neutraliteit in het weg-, zee- en luchtverkeer in technisch opzicht mogelijk te maken, zijn enorme hoeveelheden waterstof nodig. Om in deze behoefte te voorzien, worden zogenoemde Power-to-X-(PTX-)-processen gebruikt, bijvoorbeeld om overtollige stroom in waterstof en vervolgens in brandstof om te zetten. Voor de productie van synthetische brandstoffen kunnen groene waterstof en CO2 uit de atmosfeer of uit industriële processen en biomassa worden gebruikt. In principe geldt dat het efficiënter is om stroom niet eerst in andere energievormen om te zetten, maar direct te gebruiken. Aangezien duurzame energiebronnen echter geen continue en constante stroomproductie kunnen waarborgen, zullen en kunnen Power-to-X-processen – in combinatie met opslagtechnologieën – een belangrijke bijdrage aan de energietransitie leveren.
7. Gebruik – mobiliteitssector
Met Power-to-X-technologieën en -processen kan duurzame energie ook langdurig worden opgeslagen en milieuvriendelijk worden gebruikt, onafhankelijk van de locatie waar de stroom wordt opgewekt. "Groen" geproduceerde waterstof en de derivaten ervan worden emissievrije energiebronnen: in het bijzonder voor synthetische kerosine in het luchtverkeer, voor ammoniak of voor methanol
voor de aandrijving van schepen, voor brandstofcellen voor het transport van zware goederen, het transport per spoor of voor met accu's aangedreven voertuigen wordt waterstof dus een duurzaam alternatief – vooral daar waar accusystemen geen uitkomst meer bieden.
