Power-to-X 

Die technologische Antwort auf die Sektorkopplung – ein Weg in eine Welt ohne CO₂ Emissionen
Erfahren Sie, wie wir die Welt mit Power-to-X dekarbonisieren können

White Paper (in Englisch)

Einführung

Power-to-X: Lösungen zur Dekarbonisierung

Siemens unterstützt die weltweite Dekarbonisierung, den Übergang von fossilen zu erneuerbaren Energiequellen und die damit verbundene enorme Verminderung der Treibhausgasemissionen.

Klimawandel und die dringend notwendige Dekarbonisierung weltweit

Die Klimakrise ist direkt fühlbar geworden. Die fortlaufenden Prognosen der Schäden durch die Emissionen von Treibhausgasen sind düster und schwer berechenbar: steigende Temperaturen weltweit, schmelzende Gletscher, wärmere Ozeane, verschwindende Küstengebiete und immer häufigere Naturkatastrophen, durch die Millionen Menschen heimatlos werden. Die Eingrenzung des Treibhauseffekts wird zum entscheidenden Ziel der globalen Energiepolitik.

 
 

Mit dem Ziel, die globale Erwärmung auf deutlich unter 2°C im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu begrenzen, haben 174 Länder das Übereinkommen von Paris unterzeichnet und sich verpflichtet, die Treibhausgasemissionen deutlich zu begrenzen und auf eine dekarbonisierte Wirtschaft umzusteigen. Der politische Druck in den Industrieländern steigt.

 

Um das Ziel zu erreichen, ist die sogenannte Sektorkopplung erforderlich – die energetische Verknüpfung von zuvor separaten Sektoren wie Strom- und Wärmeerzeugung oder Mobilität. Die Sektorkopplung schafft eine Verknüpfung zwischen erneuerbaren Energiequellen (z. B. Wind, Sonne, Biomasse und Abfall) und Verbrauchern wie Industrie, Haushalte oder andere Sektoren.

 

Sie kann potenziell den Verbrauch der fossilen Primärenergie halbieren, selbst wenn die Energienachfrage um 25% wächst.

 

 
Power-to-X als Schlüsseltechnologie der Sektorkopplung bietet die Möglichkeit, Energie aus erneuerbaren Ressourcen umzuwandeln und in chemischer Form zu nutzen sowie langfristig zu speichern; dabei kommt e-Wasserstoff eine zentrale Bedeutung zu. 
Dr. Volkmar Pflug, Head of Energy Economics and Competitive Intelligence

Was ist Power-to-X?

Power-to-X beschreibt Methoden für die Umwandlung vorwiegend erneuerbarer, elektrischer Energie in flüssige oder gasförmige chemische Energiequellen durch Elektrolyse und weitere Syntheseprozesse. Wasser wird durch elektrischen Strom in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten – ein bis zu 100% CO₂-emissionsfreier Prozess. Wasserstoff – die Schlüsselkomponente für die Energiewende – kann einfach gespeichert und vielseitig verwendet oder weiterverarbeitet werden.

Dekarbonisierung mit Power-to-X startet heute

  1. Mobilität: Power-to-X erzeugt synthetische Kraftstoffe für die direkte Verwendung: e-Methan, e-Methanol, e-Diesel, e-Benzin oder e-Kerosin. Diese können fossilen Kraftstoffen schrittweise zugemischt werden, bis sie die fossilen Kraftstoffe als Primärenergiequelle vollständig ersetzen. Die bestehende Infrastruktur wie Gas-Pipelines, Tankstellen oder Lagereinrichtungen können ebenso verwendet werden wie bestehende und kostengünstige Verbraucheranwendungen, angetrieben durch e-Kraftstoffe.
  2. Heizung/Kühlung: Power-to-X umfasst auch den Einsatz elektrischer Energie aus erneuerbaren Energiequellen für Wärme/Kälte  z. B. durch Wärmepumpen.
  3. Stromerzeugung: Moderne Gasturbinen können mit einem Gemisch aus Wasserstoff und Erdgas betrieben werden – mit einem Wasserstoffanteil von 5–100%. Wasserstoff kann gespeichert, in Gasnetzen transportiert und mittels Gasturbinen, GuD-Kraftwerken oder Brennstoffzellen-Kraftwerken wieder in Strom umgewandelt werden.

 

 

Power-to-X-Technologien ermöglichen den kontinuierlichen Übergang von der fossilen zu einer vollständig nachhaltigen Welt. Durch den zunehmenden Anteil von e-Brennstoffen im Brennstoffmix sind keine unmittelbaren Änderungen in der Brennstoffinfrastruktur und in den Endbenutzeranwendungen erforderlich.

 

Für die Synthese von kohlenstoff-basierten e-Brennstoffen und e-Chemikalien wird CO₂ benötigt. Dieses kann den unvermeidbaren Abgasen kohlenstoffbasierter industrieller Prozesse entzogen werden oder direkt aus der Luft gewonnen werden – eine aktive Methode für die Dekarbonisierung!

 

 

 

 
 

Die Chancen der Wasserstoffwirtschaft

Mit der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen zur Dekarbonisierung der Energie in allen Sektoren werden enorme ökologische und wirtschaftliche Vorteile erschlossen. Dank Power-to-X-Technologien profitieren auch andere Sektoren über den Energiesektor hinaus von erneuerbaren Energien und werden insgesamt immer grüner – über das gesamte Spektrum von Produktion bis Nutzung.

 
In Zeiten, in denen wir die Auswirkungen des Klimawandels bremsen und sogar rückgängig machen müssen, ist die Sektorkopplung entscheidend für eine nachhaltige Energieversorgung. Durch die Nutzung der bestehenden Infrastruktur und der Energieproduktion aus Wind- und Solarenergie bietet Power-to-X Chancen für die CO₂-Neutralität und Effizienz entlang der gesamten Energiewertschöpfungskette.
Lisa Davis, CEO Gas and Power, Siemens AG
Das Angebot von Siemens für Power-to-X

Komponenten und schlüsselfertige Lösungen

Mit Siemens als Partner profitieren Sie von mehr als einem Jahrhundert Erfahrung in den Bereichen Öl und Gas, Stromerzeugung und Energieübertragung. Im Rahmen eines modularen Konzepts bieten wir verschiedene Power-to-X-Anlagenpakete und Konfigurationen passend für unterschiedliche Nutzungsszenarien an. Für schlüsselfertige Lösungen optimiert Siemens alle Prozessschritte unter technischen und kommerziellen Gesichtspunkten.
power2x

Renewable
power
package

H2 package

Re-
electrification
package

e-Fuel
sythesis
package

Turnkey package

Power2x
Power2x
Power2x

H₂ package: Elektrolyseur, Wasserstoffkompression und Zwischenspeicherung

Derzeit werden 95% des Wasserstoffs weltweit aus fossilen Quellen gewonnen – und damit sind beträchtliche CO₂-Emissionen verbunden. Im Vergleich dazu ist die Erzeugung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien und Wasser per Elektrolyse eine CO₂-freie Alternative.


Die Siemens-Wasserstofferzeugungsanlage umfasst Schlüsseltechnologien zur Erzeugung von e-Wasserstoff. Sie bildet das Basismodul der Power-to-X-Lösungen von Siemens.

 
 

Lieferumfang

Siemens liefert dieses Modul als schlüsselfertiges Paket, umfassend:

  • Elektrische Ausrüstung (Transformator, Schaltanlage, Gleichrichter usw.)
  • Aufbereitung und Deionisierung von Wasser (nach Bedarf)
  • PEM-Elektrolyseur
  • Reinigung des e-Wasserstoffs, d. h. Trocknung und Abtrennung von Restsauerstoff (DeOxo-Dryer) entsprechend den Anforderungen
  • Gasspeicher
  • Verdichtung des e-Wasserstoffs mittels Kolben- oder Turboverdichter, je nach benötigtem Druckniveau und Massenstrom

Aufgrund des geringen Molgewichts und der chemischen Eigenschaften von Wasserstoff erfordert die effektive und sichere Handhabung von Wasserstoff spezifische Lösungen und Produkte sowie spezifische Kenntnisse. Wasserstoffhaltige Gase erfordern spezielle Materialien mit entsprechender Streckgrenze und Härte gemäß API 617. Dies ist selbstverständlich Bestandteil der Auslegungen durch Siemens.

 

Re-electrification package: Gasturbinenlösungen für Wasserstoff

Ein zunehmender Stromanteil wird aus fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen wie Sonne und Wind gewonnen. Um die Nutzung der mit CO₂-Emissionen verbundenen fossilen Energiequellen mehr und mehr zurückzufahren, wird es immer dringlicher, die Energiesysteme umzustellen. Es muss jedoch auch dann Energie verfügbar sein, wenn das Angebot an Sonnen- und Windenergie unzureichend ist. Daher gewinnt die Speicherung und die Wiederverstromung der überschüssigen Energie aus erneuerbaren Quellen zunehmend an Bedeutung.

 

Die primäre Quelle für das Wiederverstromungs-Package ist der e-Wasserstoff, der mit dem Siemens H₂ package erzeugt und gespeichert wird.

 

Die Wiederverstromung von e-Wasserstoff erfolgt entweder durch Umsetzung in Gasturbinen (in Gasturbinen- oder GuD-Kraftwerken) oder in Kolbenmotoren oder Brennstoffzellen.

 

Für eine weitere Steigerung der Flexibilität sorgt eine Hybridanlage, die mit einem Batterie-Energiespeicher (BES) kombiniert und/oder erweitert werden kann.

Lieferumfang

Siemens liefert dieses Modul als schlüsselfertiges Paket, umfassend:

  • Brennstoffsystem (einschließlich Beimischung von anderen, fossilen Brennstoffen oder Dampf, soweit erforderlich)
  • Gasturbinen- und GuD-Kraftwerk
  • Gasmotoren
  • Brennstoffzellensysteme (durch Partner)
  • Batterie-Energiespeichersystem bei Hybridanlagen
  • Netzanschluss

 

 

Erdgasbefeuerte Kraftwerke haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad und geringere CO₂-Emissionen als kohlebefeuerte Kraftwerke. Durch das Beimischen von e-Wasserstoff zu Erdgas oder sogar dessen vollständigen Ersatz können die CO₂-Emissionen weiter reduziert werden.

 
 

Siemens Gasturbinen für Wasserstoff

Die meisten Siemens Gasturbinen können bereits heute mit einem hohen Wasserstoffanteil von bis zu 100% betrieben werden. Einzelne Maschinen können sogar ausschließlich mit Wasserstoff betrieben werden.

 

E-Fuel synthesis package: Umwandlung von erneuerbarem Wasserstoff in synthetische e-Brennstoffe zur Dekarbonisierung des Mobilitätssektors und anderer Industriezweige

E-Wasserstoff kann zur Dekarbonisierung beitragen, indem er mit CO₂ zu kohlenstoffbasierten e-Brennstoffen synthetisiert wird (die auf diese Weise weitgehend CO₂-neutral sind).

So können Mobilitätsbereiche mit Bedarf an Kraftstoffen hoher Energiedichte wie Luft- und Schifffahrt in großem Ausmaß dekarbonisiert werden. Beispiele für solche Treibstoffe sind e-Methanol, e-Diesel, e-Benzin und e-Kerosin. Andere Produkte sind e-Methan oder e-Ammoniak, ein chemischer Ausgangsstoff für Düngemittel oder potentieller Wasserstoffträger für den zukünftigen Energietransport. 

 

Die Primärquelle ist der im Siemens H₂ package erzeugte e-Wasserstoff.

Typische Synthesen von e-Brennstoffen sind die Methanolsynthese oder das Fischer-Tropsch-Verfahren. Das CO₂ stammt aus unvermeidbaren Emissionen, z. B. aus der Zement-, Glas- oder Stahlproduktion. Alternativ könnte das CO₂ in Zukunft über direkte Abscheidung aus der Atmosphäre gewonnen werden. 

 

Lieferumfang

Zusammen mit seinen Partnern liefert Siemens die vollständigen EPC-Leistungen für dieses Paket, die Folgendes umfassen:

  • Die CO₂-Abscheidungstechnologie PostCap™ von Siemens, Oxyfuel-Technologien und direkte Luftabscheidung zusammen mit Partnern
  • Syntheseverfahren in Partnerschaften –
        · e-Methanol direkt aus CO₂ und e-Wasserstoff (ohne -Shift-Reaktion)
        · e-Ammoniak einschließlich der Stickstoffversorgung, z. B. durch Tieftemperatur-Luftzerlegung 
 
 

Power-to-X turnkey package: Dekarbonisierung der gesamten Energiekette

Windkraftanlagen, Netzanschlußlösungen, Elektrolyseure für die Wasserstoffproduktion, Wasserstoffverdichter- und -speicherlösungen, die CO₂-Abscheidung aus Verbrennungsrauchgasen und Gasturbinen für die Wiederverstromung von e-Wasserstoff sind die Komponenten des Siemens-Portfolios.

Für Power-to-X-Großanlagen bietet Siemens unterschiedliche Pakete von einzelnen Komponenten bis hin zu schlüsselfertigen EPC-Lösungen an, einschließlich einer vollständigen technischen Optimierung der gesamten Wasserstoffwertschöpfungskette.

 

 

Lieferumfang

Renewable power package

  • Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen einschließlich Netzanschluss oder betriebseigene Stromversorgung für die Power-to-X-Anlage
  • Onshore- und Offshore-Windkraftanlagen sowie komplette Windparks und erneuerbare Energielösungen werden gemeinsam mit  Siemens-Gamesa angeboten

 

H₂ package

  • Elektrische Ausrüstung (Transformator, Schaltanlage, Gleichrichter usw.)
  • Aufbereitung und Deionisierung von Wasser (nach Bedarf)
  • PEM-Elektrolyseur
  • Reinigung des e-Wasserstoffs, d. h. Trocknung und Abtrennung von Restsauerstoff (DeOxo-Dryer) entsprechend den Anforderungen
  • Gasspeicher
  • Verdichtung des e-Wasserstoffs mittels Kolben- oder Turboverdichter, je nach benötigtem Druckniveau und Massenstrom

 

Re-electrification package

  • Brennstoffsystem (einschließlich Beimischung von anderen, fossilen Brennstoffen oder Dampf, soweit erforderlich)
  • Gasturbinen- und GuD-Kraftwerk
  • Gasmotoren
  • Brennstoffzellensysteme (durch Partner)
  • Batterie-Energiespeichersystem bei Hybridanlagen
  • Netzanschluss

 

E-Fuel synthesis package

  • Die CO₂-Abscheidungstechnologie PostCap™ von Siemens, Oxyfuel-Technologien und direkte Luftabscheidung zusammen mit Partnern
  • Syntheseverfahren in Partnerschaften –
        · E-Methanol direkt aus CO₂ und e-Wasserstoff (ohne Shift-Reaktion)
        · E-Ammoniak einschließlich der Stickstoffversorgung, z. B. durch Tieftemperatur-Luftzerlegung 
 
 

PostCap™: Abscheidung von CO₂ aus den Abgasen Ihres Kraftwerks

Siemens hat ein Verfahren für die Entfernung von CO₂ aus Kraftwerksrauchgasen entwickelt, das eine wässrige Aminosäuresalz-Lösung einsetzt. 

 

~90% des CO₂ wird aus dem Rauchgas abgeschieden.

 

Die PostCap™-Technologie von Siemens hat ihre technische Verfügbarkeit in einer Pilotanlage bewiesen und ist nun bereit für eine umfassende Demonstration in einer großen Demoanlage.

 
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