Sector Coupled Systems for Heat, Industry, Fuels and Transport in Chile

Das »SHIFT«-Projekt war eine unserer vielen spannenden Initiativen, die in Zusammenarbeit mit internationalen Forschungsinstituten, einschließlich des Fraunhofer CSET in Chile, durchgeführt wurde. Wir bewerteten bestehende biogene CO₂-Quellen in Chile für die Herstellung von Low-Carbon-Molekülen, wobei der Fokus auf sektorenkoppelnden Systemen für Wärme, Industrie, Kraftstoffe und Verkehr lag. Das Projekt entwickelte innovative Herstellungswege mit verschiedenen Prozessschritten, darunter die Synthesegasherstellung und die nachgelagerte Synthese, und bewertete deren techno-ökonomisches Potenzial, um die Herstellungskosten zu senken und die Effizienz entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu verbessern.

Ausgangslage

Die Dekarbonisierung von Sektoren, die schwer zu elektrifizieren sind, wie Luftfahrt, Schifffahrt und Chemie, steht aufgrund von erheblichen wirtschaftlichen Barrieren vor substantiellen Investitionskosten (CAPEX) und erhöhten Levelized Costs of Production (LCoX) zusammen mit herausfordernden Offtake-Projekten und einem unreifen regulatorischen Rahmen vor einer langsamen kommerziellen Einführung von Wasserstoff und seinen Derivaten, einschließlich Methanol, DME und nachhaltigem Flugkraftstoff (SAF). Gleichzeitig gibt es eine Menge biogenes CO₂ – aus Biogas, Bioethanol, Mülldeponien, Abwässern und Biomasse –, welches ein starkes Potenzial für die nahe Zukunft bietet, aber bisher untergenutzt bleibt. Die Erschließung dieses Potenzials kann dazu beitragen, die derzeitigen Kosten- und Einführungsbarrieren zu überwinden. Dieses Projekt bewertete skalierbare, kosteneffiziente Pfade, die biogene Gase mit erneuerbarem Wasserstoff kombinieren, der auf erneuerbarem Strom basiert, und nutzte bestehende Infrastruktur, um die Herstellung von Low-Carbon-Molekülen zu beschleunigen und die Energiewende zu unterstützen.

Ziel

Das »SHIFT«-Projekt zielte darauf ab, First-Mover-Konzepte für kohlenstoffarme Moleküle auf Basis biogener Ressourcen zu entwickeln, die optional mit grünem Wasserstoff (H₂) aus erneuerbarem Strom kombiniert werden. Dabei wurden innovative Wege zur Methanolherstellung anhand von techno-ökonomischen Analysen und Standortbewertungen geprüft, um skalierbare, kosteneffiziente Lösungen zu ermitteln, die bestehende Infrastruktur nutzen und eine rasche Umsetzung ermöglichen.

Lösungsansatz

• GIS-basierte Standortanalyse: Mapping von geeigneten Standorten unter Berücksichtigung von Rohstoffverfügbarkeit, Infrastruktur und Nähe zu Abnehmern.
• First-Mover-Konzeptentwicklung: Identifikation und Bewertung biogener und Biomasse-basierten Herstellungswege für Methanol, DME und SAF (Methanol-zu-Jet).
• Prozessentwicklung: Prozesssimulation, Design und Optimierung der Syngasherstellung mit Aspen Plus®, basierend auf realen Fallstudien mit vorteilhaften CO₂/CH₄-Verhältnissen, sowie Downstream-Synthesewege, um skalierbare und kosteneffektive Lösungen zu identifizieren.
• Techno-ökonomische Bewertung: Quantifizierung der Herstellungskosten mit Aspen Plus® und internen Kostenmodellen zur Bewertung der wirtschaftlichen Machbarkeit.
• Praktische Implementierung: Implementierung von entwickelten Herstellungskonzepten für First-Mover Anwendungen unter Nutzung bestehender Infrastruktur. 

Ergebnisse

Das »SHIFT«-Projekt bewertete den biogas-basierten Weg zur Bio-Methanolherstellung als eine naheliegende Low-Carbon-Lösung. Methanols Vielseitigkeit als chemischer Rohstoff, Kraftstoff und Energieträger, zusammen mit der Möglichkeit, bestehende Infrastruktur zu nutzen, macht es zu einer praktischen First-Mover-Option während der Wasserstofferhöhung. Unsere vorläufigen techno-ökonomischen Analysen zeigen eine etwaige Reduzierung der CAPEX um 30 % im Vergleich zu konventionellen Power-to-X (PtX) -Routen, d.h., typischen grünen Wasserstoff-basierten synthetischen Herstellungsspfaden, was es zu einer attraktiven Option heute macht, während wir grüne Wasserstofftechnologien skalieren. Diese Ergebnisse unterstreichen die Skalierbarkeit, die Kosteneffizienz und das Potenzial dieses Verfahrens, die Einführung kohlenstoffarmer Moleküle zu beschleunigen.