Alternative fuels from Biomass and Power (PBtL) A case study on process options, technical potentials, fuel costs and ecological performance

Greenhouse gas emissions in the transport sector shall be reduced to reach globally agreed COP21 goals. One option is to replace fossil based fuels with bio-based alternatives. The technical potential of biofuels made from energy crops (1st generation), biomass and waste wood (2nd generation) typically suffer from the limited technical potential of biomass resources in central Europe. Biofuel output can significantly be increased in the Power&Biomass-to-Liquid (PBtL) concept utilizing renewable electricity in modified BtL plants. The case study presents detailed results on promising process configurations of Fischer-Tropsch PBtL concepts based on different gasifiers and electrolyzers in terms of fuel production potentials, fuel costs and CO2 footprint. Results from the study indicate that the biomass specific fuel output can be quadrupled when utilizing green electricity for hydrogen generation in the PBtL process. The increased fuel output results in lower fuel production costs due to the effects of the economy of scale. Fuel production costs below 1.3 €/l were estimated for a large PBtL plant (225 kt/year) assuming an electricity price of 31.4 €/MWh (average EEX-Phelix index of the year 2015). The exergy analysis reveals that the electrolysis and the gasification processes are characterized by the most significant thermodynamic optimization potentials. The PBtL concept is characterized by a lower CO2 footprint, as high carbon conversion rates close to 100 % can be achieved by using oxy-fuel technology and recycling the entire CO2 within the system. Hence, largest CO2 emissions arise from harvesting and transportation of the biomass feedstock

Integration von Hochtemperatur-Wärmespeichern in Systeme mit reversiblen Hochtemperatur-Festoxidzellen (rSOC)

Für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende ist die Verfügbarkeit von Speicherkraftwerken zur ortsunabhängigen, zyklenfesten und zugleich preiswerten Speicherung elektrischer Energie unabdingbar, da die zeitliche fluktuierende Einspeisung aus regenerativen Energieträgern weiterhin zunehmen wird. Die marktverfügbaren großtechnischen Technologien zum Lastausgleich werden den Ausgleich dieser fluktuierenden Energiebereitstellung voraussichtlich nicht erfüllen können: Das Potential für Pumpspeicherwerke ist in Deutschland weitgehend erschöpft und Batteriespeicher sind weder ausreichend zyklenfest noch hinreichend ökonomisch. Diese zum heutigen Stand noch offene technologische Lücke gilt es zu schließen. Eine vielversprechende Technologieoption hierfür stellen rSOC-Systeme (Reversible Solid Oxide Cells) dar, welche Netzüberschussstrom in Wasserstoff wandeln und speichern und bei hohen Strompreisen rückverstromen. Kern solcher Systeme ist der elektrochemische SOC-Reaktor, welcher im Strom-Speichermodus als Wasser-Elektrolyseur und im Strom-Bereitstellungsmodus als Brennstoffzelle funktioniert. Besonders hohe Speicherwirkungsgrade (Strom-zu-Strom) lassen sich bei günstigen Systemkonfigurationen und unter gleichzeitiger Integration von Hochtemperatur¬wärmespeichern erreichen. Auf diese Weise lässt sich Wärme von einem Modus in den anderen verschieben und somit das Gesamtsystem energetisch optimieren. Im Vortrag wird exemplarisch an einer drucklos betriebenen Systemkonfiguration die Integration von Hochtemperaturwärmespeichern dargelegt. Der Schwerpunkt bildet dabei das Aufzeigen des Integrationspotentials von Hochtemperaturwärmespeichern, die Auswahl geeigneter Speichertechnologien und deren thermische Auslegung. Abgerundet wird die Präsentation durch Ergebnissen aus der Systemsimulation, wie Speicherwirkungsgrade und Indikationen für Stromgestehungskosten

Advanced Biomass Catalytic Conversion to Middle Distillates in Molten Salts

Develop novel integrated technology for the efficient conversion of lignocellulosic waste streams to middle distillates using a unique concept. The concept will be investigated using a holistic approach, involving research activities towards a sound scientific understanding of the individual conversion steps liquefaction, hydro-pyrolysis and hydro-deoxygenation as well as optimized process integration

Flexibilitätsoptionen in der Grundstoffindustrie Methodik | Potenziale | Hemmnisse

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Kopernikus-Projekts „SynErgie“ zur Flexibilität von Industrieprozessen wurde die Studie „Flexibilitätsoptionen in der Grundstoffindustrie – Methodik, Potenziale, Hemmnisse“ veröffentlicht. Die Studie untersucht, mit welchen technischen Möglichkeiten sich die energieintensiven Prozesse der Grundstoffindustrie und die Flexibilitätsanforderungen des Stromsystems in Einklang bringen lassen. Die Projektpartner haben eine Methodik entwickelt, mit der die Potenziale, Perspektiven und Hemmnisse industrieller Prozesse bei typischen Anforderungsprofilen konsistent analysiert werden können. Die Prozesse der Grundstoffindustrie sind verantwortlich für einen Großteil des industriellen Energie- und Stromverbrauchs in Deutschland. Daher sind sie auch für das Stromsystem und seine Flexibilitätsanforderungen von besonderer Bedeutung. Auf dieser Grundlage widmet sich das BMBF-Kopernikus-Projekt „SynErgie“ zur Flexibilität von Industrieprozessen in einem Arbeitspaket den Flexibilitätsoptionen in den Prozessen der Grundstoffindustrie. Die untersuchten Prozesse wurden nach ihrem elektrischen Energiebedarf und der Bedeutung in ihrer jeweiligen Branche ausgewählt: Stahl: Elektrostahlherstellung (Elektrolichtbogenofen) Glas: Behälterglasherstellung (Elektrische Zusatzheizung) Zement: Roh- und Zementmahlung (Roh- und Zementmühlen) Chemie: Chlor-Herstellung (Chlor-Alkali Elektrolyse) Feuerfest: Herstellung von Schmelzkorund (Rohstoffschmelzanlage) Für diese Prozesse werden die technischen Potenziale und die zukünftigen Perspektiven ausgewiesen und auf Deutschland hochgerechnet. Des Weiteren werden die Hemmnisse, die einer Ausnutzung der Potenziale im Wege stehen, für die einzelnen Prozesse dargestellt und im Kontext der Rahmenbedingungen der Grundstoffindustrie eingeordnet. Durch die enge Einbindung der branchenspezifischen Expertennetzwerke wurden die Ergebnisse innerhalb der Branchen diskutiert und validiert. Zu den Partnern des SynErgie-Projekts zählen neben dem DLR die DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., die Forschungsgemeinschaft Feuerfest e.V., die Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen Glasindustrie e.V., die VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH, der Verein Deutscher Zementwerke e.V., das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung, die Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH, die Technische Universität München (Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik) sowie das Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH

Synthetic jet fuel from renewable energy sources for sustainable aviation

Advanced technologies, optimized operation and infrastructure are not sufficient to achieve the CO2 mitigation goals agreed on for the aviation sector. Carbon neutral alternative liquid fuels are required to fill the gap towards a carbon-neutral growth from 2020 on. The Power-to-Liquid process is one option to produce synthetic jet fuels from renewable energy. The technical and economic performance of production processes based on renewable electricity and CO2 was investigated and evaluated. Hydrogen can be generated by water electrolysis from fluctuating renewable power sources. Together with CO2 the reverse water-gas-shift reaction forms syngas. The Fischer-Tropsch synthesis produces long chained hydrocarbons from syngas. Downstream product separation and upgrading generates gasoline, jet fuel and diesel. Another process concept is based on high temperature co-electrolysis of steam and CO2 producing synthesis gas at high temperature and pressure. The process performance is evaluated via flowsheet simulation models and pinch point analyses comparing the Power-to-Fuel efficiency as well as carbon conversion into liquid fuels. A baseline Power-to-Fuel efficiency of 44 % for the concept based on water electrolysis can be increased to 60 % using the co-electrolysis concept. The baseline carbon conversion of 73 % grows to 98 %. The sensitivity of various operation conditions was analyzed. A cost analysis based on market data and equipment factors was performed for the investment year 2014. Employing stationary power input of 105 €/MWh, production costs of 3.38 €/kg were found for the water electrolysis concept. The production costs of the co-electrolysis concept compare to 2.83 €/kg. The sensitivity of the electrolyzer capital cost and electricity prices were analyzed and their effect on the production costs will be presented. Investment and operating costs to fill the gap towards carbon-neutral air transport growth from 2020 on can be predicted based on 2014 costs and technology status. A comparison to other renewable jet fuels regarding land use, feedstock potential and economic measures will be provided

Wachstumsbranche Luftverkehr: Treibstoffe für nachhaltiges Fliegen

Die Luftfahrtbranche zeichnet sich seit Jahren durch stetiges Wachstum aus. Im kontinentalen Vergleich sind deutliche Unterschiede im Mobilitätsverhalten erkennbar, die sich zukünftig angleichen werden. Mit Bezugnahme auf die internationalen Klimaziele sowie der selbst auferlegten Ziele der IATA (International Air Transport Association) sind fossile Turbinentreibstoffe durch erneuerbare zu ersetzen. Hierzu werden verschiede Herstellungsrouten und ihre Ausgangsrohstoffe vorgestellt und einer ersten techno-ökonomischen Bewertung unterzogen. Als Ergebnis, lassen sich attraktive Rahmenbedingungen für die kosteneffiziente Treibstoffherstellung ableiten

Economic and Environmental Evaluation of Biofuels for Future Sustainable European Aviation

Decarbonization of the transport sector as proclaimed in the COP 21 targets requires the transition from fossil to renewable energy sources. Aviation, shipping and heavy duty transportation are expected to continuously rely on liquid fuels. Biofuels can replace a large share of fossil fuel in these sectors. However, the usage of biofuels within transportation is only reasonable with significantly reduced Greenhouse gas (GHG) emissions compared to fossil fuels and lower GHG abatement costs compared to other decarbonization technologies (e.g. Power-to-Liquid, hydrogen, electric mobility etc.). A detailed discussion of biofuels prospects for future European aviation shall be presented. Different biofuel production paths are compared and analyzed in terms of technical potential and challenges, fuel production costs, GHG footprint and GHG abatement costs. Based on the results the following superordinate questions are addressed: • What share of the European aviation demand can be covered by biofuels? • What types of biofuels are required and certified for aviation? • How to compare GHG abatement potential and costs with other GHG reducing options? • What technical challenges are still to be resolved on the way to successful market introduction

Economic and environmental prospects of biofuels in the European transport sector

Decarbonization of the transport sector as proclaimed in the COP 21 targets requires the transition from fossil to renewable energy sources. While electric vehicles may become a viable option towards decarbonization of individual car traffic, at least aviation, shipping and heavy duty transportation will continue to rely on liquid fuels. Biofuels can replace a large share of fossil fuel in these sectors. However, the usage of biofuels within transportation is only reasonable with significantly reduced Greenhouse gas (GHG) emissions compared to fossil fuels and lower GHG abatement costs compared to other decarbonization technologies (e.g. Power-to-Liquid, hydrogen, electric mobility etc.). A detailed discussion of biofuels prospects in Europe shall be presented. Starting from a short summary of political framework conditions for biofuels in Europe, different biofuel production paths are compared and analyzed in terms of technical potential, fuel costs, GHG footprint and GHG abatement costs. Based on the results the following superordinate questions are addressed: - What share of the European transportation energy consumption can be covered by biofuels? - In which sector seem biofuels most realistic and most feasible and what type of biofuels are required? - How compare biofuels GHG abatement potential and GHG abatement costs with other GHG reducing technologies