Joint Activity SCCER: Weissbuch Power-to-X

Ausgangslage

Eine grosse Herausforderung bei der Umstellung zu einem erneuerbaren Energiesystem ist es, die intermittierenden erneuerbaren Energien für das benötigte Verbraucherprofil bereitzustellen. Für die Schweiz sind die Ressourcen der zukünftigen Stromerzeugung hauptsächlich Wasserkraft, Sonne und Wind (mit begrenzter Kapazität aufgrund von Topografie- und Akzeptanzproblemen). Das saisonale Produktionsprofil von Sonne und Wind, welches künftig die vorhandene Bandenergie aus Kernquellen ersetzen muss, ist um 180° phasenverschoben, was zu einer schlechten Abdeckung im Herbst und Frühjahr führt. In Abhängigkeit von der installierten Windkapazität und der Importakzeptanz resultieren im Oktober-November und Februar-
März ein Energiemangel von einigen Wochen. Falls es nicht gelingt, massiv mehr Windanlagen zu errichten, ergibt sich auch ein Energiemangel im Winter.

Um diesen Mangel zu verringern, sind langfristige Energiespeicher in erheblichen Mengen unabdingbar. Aus heutiger Sicht kann chemisch gespeicherte Energie diese Anforderung erfüllen. Kombinierte Energie- und Speichertechnologien wie Power-to-X sind vielversprechende Lösungen für diese mehrdimensionalen Herausforderungen. Power-to-X-Technologien erhöhen einerseits die Flexibilität des Energiesystems und können andererseits den Elektrizitätssektor mit anderen Wirtschaftssektoren wie dem Verkehr und der Industrie verbinden. Die untersuchten Power-to-X Technologien in diesem Weissbuch sind
Energieumwandlungstechnologien, die mithilfe eines elektrochemischen Umwandlungsprozesses synthetische Gase, synthetische flüssige Kraftstoffe oder Rohstoffe für Produkte erzeugen.

Ziel

Das Ziel des Weissbuchs umfasst die Überprüfung der in den letzten Jahren veröffentlichten Arbeiten zu verschiedenen Perspektiven der Power-to-X-Technologien. und die Zusammenstellung und
Synthese der wichtigsten Ergebnisse dieser Literaturübersicht in einem Weissbuch. Es werden die technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Dimensionen dieser Technologie genauso erfasst wie Aspekte der Markt- und Systemintegration einschliesslich rechtlicher und regulatorischer Fragen. Die Erkenntnisse werden auf die Schweizer Energieversorgung angewendet.

Autorenschaft und Auftraggebende

Das Weissbuch geht auf eine Anregung der Eidgenössischen Energieforschungskommission zurück und wurde von Mitarbeitenden der Schweizer Bildungsinstitutionen verfasst, welche fünf Schweizerische Kompetenzzentren für Energieforschung (Swiss Competence Center for Energy Research SCCER) vertreten.
Mit dieser Joint Activity (JA) wurde erreicht, dass die Ergebnisse in diesem Weissbuch zu den Power-to-X Technologien multidisziplinär erarbeitet wurden. Das Projekt wurde durch die Innosuisse – Swiss Innovation Agency und das BFE finanziert. Die Mitarbeitenden des IET waren unter anderem als Expert:innen für den Schweizer Gasmarkt und für die Anwendung von Power-to-Methane Anlagen in der Schweiz an diesem Weissbuch beteiligt.

Synthese

Im Folgenden sind einige Kernaussagen aus dem Weissbuch aufgelistet:

• Die Vorteile von Power-to-X entfalten sich marktübergreifend. Diese Vorteile sind unter anderen die Flexibilität für die Stromwirtschaft, die Wiederverwendung von Kohlendioxid, die Herstellung von nachhaltigen Kraftstoffen für Endverbraucher und die Wertschöpfung aus Nebenprodukten wie zum Beispiel Abwärme, Systemdienstleistungen in der Elektrizitätsbranche und den Verkauf von Sauerstoff.
• Die Kosten für die Power-to-X Technologien sind stark von den Stromkosten abhängig.
• Die rechtlichen Rahmenbedingungen beeinflussen die Wirtschaftlichkeit der Power-to-X Technologien. Power-to-X Anlagen gelten gemäss aktueller Gesetzeslage als Endverbraucher von Elektrizität und bezahlen für die Stromversorgung der Anlagen Netznutzungsentgelte. Somit entscheidet der Standort über die Höhe der Stromkosten (es fallen entweder Netznutzungsentgelte an oder nicht), wodurch das Potenzial für Power-to-X Anwendungen begrenzt wird.
• Klimaziele können in ausgewählten Marktsegmenten mit neuen Geschäftsmodellen kosteneffizient erreicht werden.

Zukünftige Forschung

Für die Weiterentwicklung der Power-to-X Technologien sieht die Autorenschaft verschiedene Ansätze:

• Die Weiterentwicklung der Elektrolysetechnologie mit Wirkungsgraden von weit über 80% und eine Halbierung der Investitionskosten.
• Das Technologie-Upscaling auf Grössenordnungen von kommerziellen Produktströmen sollte von der Forschung begleitet und ausgewertet werden.
• Eine potenzielle Standortanalyse für Power-to-X Technologien sollte im Hinblick auf erneuerbare Elektrizität, Kohlenstoffquellen und Produkt-Endverbraucher durchgeführt werden.
• Angesichts der vielfältigen Umwandlungswege und systemischen Vorteile von Power-to-X sollte die Forschung multidisziplinär durchgeführt werden.

Download Weissbuch

Das Weissbuch umfasst circa 30 Seiten und ist in den drei Sprachen Deutsch, Englisch und Französisch erhältlich.

• Perspectives of Power-to-X technologies in Switzerland. A White Paper. (Englisch)
• Power-to-X: Perspektiven in der Schweiz. Ein Weissbuch. (Deutsch)
• Perspectives des technologies “Power-to-X” en Suisse. Livre blanc. (Französisch)

Ein ergänzender ausführlicher Bericht umfasst ca. 100 Seiten und ist auf Englisch verfasst.

• Perspectives of Power-to-X technologies in Switzerland. Supplementary Report to the White Paper. (Englisch)

Die Dokumente stehen zum kostenlosen Download unter dem folgenden Link zur Verfügung: http://www.sccer-hae.ch/wpp2x.php