Life Cycle Assessment of Power- to- Gas Business Models - Inventory Analysis and Impact Assessment

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Wasserstoff entwickelt sich von einem Zwischen- und Nebenprodukt zu einem Endprodukt, mit dem Potenzial, eine wichtige Rolle als zukünftiger Energieträger einzunehmen. Das Interesse dahingehend findet sich in verschiedenen Unternehmen, als auch auf nationaler und vor allem auf europäischer Ebene. Die Positionierung des Wasserstoffs als Energieträger ist zurückzuführen auf die Kommerzialisierung der Elektrolyse von Wasser, welche unter dem Namen Power- to- Gas bekannt ist. Eine Vorreiterrolle dabei nimmt die alkalische Elektrolyse (AEC) ein. Die wichtigsten Vorteile der Elektrolyse sind die Verwertung von überflüssigem elektrischen Strom, die Umwandlung von elektrischem Strom in ein Gas, welches kurzfristig als auch langfristig gespeichert werden kann, und die gute Kompatibilität mit volatilen erneuerbaren Energiequellen. All dies begründet das starke Interesse an Forschung und Weiterentwicklung von Wasserelektrolyse. Die Verwendung von volatilen erneuerbaren Energiequellen hat zur Folge, dass ein Energieträger vorhanden ist, welcher im Vergleich zu anderen fossilen Energieträgern mit vergleichbarem Verwendungszweck das Potenzial hat umwelterträglicher zu sein. Des Weiteren kann Wasserstoff mit Hilfe von Katalysatoren und Kohlenstoffdioxiden zu Methan synthetisiert werden. Abgesehen von einer wirtschaftlichen Betrachtung von Power- to- Gas ist die Bestimmung der Umweltverträglichkeit von Bedeutung. Dies wird durch entsprechende Gesetzgebung und steigende Berücksichtigung der Umweltverträglichkeit in der Entscheidungsfindung verlangt. Eine derartige Bestimmung kann mit Hilfe einer Ökobilanz, auch als Life Cycle Assessment (LCA) bekannt, erfolgen, welche durch die internationale Norm ISO 14040:2006ff standardisiert ist. Ziel einer LCA ist die Identifizierung und die Zuordnung der Umweltauswirkungen auf die Lebenszyklusphasen eines Produktes bzw. Produktsystems oder eines Prozesses. Die internationale Norm schreibt vier Phasen vor, welche im Rahmen der Aufgabenstellung für die Masterarbeit entsprechend durchgeführt wurden: Die Festlegung von Ziel und Untersuchungsrahmen ist geprägt durch zwei Power- to- Gas- Anwendungsfelder (AF). Die Verwendung sowie die Entsorgung des angepeilten Produktes werden bei der Analyse nicht berücksichtigt, und die Auswirkung der Fertigung sowie der Verwertung der nötigen Anlagen werden als gering angenommen. Das erste AF berücksichtigt die Synthese von erneuerbaren Produkten, wobei die Umweltbelastung von Wasserstoff und Methan sowohl getrennt als auch kombiniert unter der Annahme einer maximalen Wasserstoffkonzentration von 10 % analysiert werden. Das zweite AF inkorporiert die Untertagespeicherung eines erneuerbaren Energieträgers in einem Porenspeicher. Die Erstellung der Sachbilanz, welche die zweite Phase der LCA definiert, basiert auf Daten einer Testanlage im Rahmen des Projektes „Underground Sun.Storage“, welche durch Analogien, Datenbanken und konzeptionelle Berechnungen ergänzt werden. Die dritte Phase, welche als Wirkungsphase bezeichnet wird, stellt die Umweltprofile der AF mit Hilfe der CML- Methode und weiteren Parametern dar. Die letzte Phase dient der Interpretation der Ergebnisse, welche die Auswirkungen der AF und den Einfluss von unterschiedlichen elektrischen Energiequellen, die sowohl erneuerbar als auch nicht- erneuerbar sind, behandelt. Die Ergebnisse wurden mit Wasserstoff aus fossiler Quelle und Erdgas verglichen. Zusammenfassend werden die ökologischen Profile für den Untertagespeicherprozess von Gasen sowie der Prozess zur Erzeugung von Wasserstoff und Methan bestimmt, verglichen und diskutiert. Die erhaltenen Resultate der durchgeführten LCA dienen als Informationsquelle, als Datengrundlage für weitere Verbesserungen des Power- to- Gas Prozesses, und fließen in die Entwicklung eines Umweltverträglichkeitsmess- und -indikationssystems, sowie die Entscheidungsfindung mit ein.

Details

Titel in ÜbersetzungÖkobilanzen von Power to Gas- Anwendungsfeldern - Sachbilanz und Wirkungsabschätzung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung30 Juni 2017
StatusVeröffentlicht - 2017