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Die Rolle der Chemie in der Energiewende

Die Rolle der Chemie in der Energiewende. AC V Hauptseminar 18.06.2013 Lucas Kreuzer. Gliederung. Energielage in Deutschland H 2 als Energieträger CH 4 als Energieträger E lectric D ouble- L ayer C apacitors (EDLC) oder Supercabs Zusammenfassung.

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Die Rolle der Chemie in der Energiewende

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Presentation Transcript

  1. Die Rolle der Chemie in der Energiewende AC V Hauptseminar 18.06.2013 Lucas Kreuzer

  2. Gliederung • Energielage in Deutschland • H2 als Energieträger • CH4als Energieträger • ElectricDouble-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs • Zusammenfassung

  3. Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland[1] [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  4. Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland[1] Zukünftige Verteilung der Energieträger in Deutschland [1] [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  5. Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland[1] Zukünftige Verteilung der Energieträger in Deutschland [1]  Leichter Abfall des Gesamtenergieverbrauchs [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  6. Relative Verteilung der Energieträger in Deutschland[1] Zukünftige Verteilung der Energieträger in Deutschland [1]  Leichter Abfall des Gesamtenergieverbrauchs  Entlastung der fossilen Energieträger durch regenerative Energien [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  7. Anteil der erneuerbaren Energien am Energieendverbauch in Deutschland (2012)[2] [2] www.erneuerbare-energien.de (Stand: 20.05.2013)

  8. Energieverbrauch verschiedener Energieträger in Deutschland[1] [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  9. Energieverbrauch verschiedener Energieträger in Deutschland[1] [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  10. - finanzieller Aufwand [1] [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  11. - finanzieller Aufwand [1] - zeitlicher Aufwand [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  12. - finanzieller Aufwand [1] - zeitlicher Aufwand - fehlende Infrastruktur [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  13. - fehlende Infrastruktur - Vergleich des Gesamtenergieverbrauchs im Sommer und Winter [3] www.agora-energiewende.de (Stand: 16.06.2013)

  14. - fehlende Grundlagentechnologien[1] [1] Robert Schlögl, Chemistry'sRole in Regenerative Energy, Angewandte Chemie, International Edition (2011), 50, (29), 6424-6426

  15. [4] SEFEP Studie: „Technology Overview on Electricity Storage”, ISEA RWTH Aachen, September 2012

  16. [4] SEFEP Studie: „Technology Overview on Electricity Storage”, ISEA RWTH Aachen, September 2012

  17. Gewinnung von H2 H2 Photolyse Elektrolyse Dampfreforming

  18. H2 Photolyse Elektrolyse Dampfreforming

  19. H2O + CH4 CO + 3 H2 ΔH = +206.2 kJ/mol CO + H2O  CO2 + H2 (Wassergas Shift Reaktion) ΔH = -41.2 kJ/mol H2 Photolyse Elektrolyse Dampfreforming

  20. H2O + CH4 CO + 3 H2 ΔH = +206.2 kJ/mol CO + H2O  CO2 + H2 (Wassergas Shift Reaktion) ΔH = -41.2 kJ/mol H2 • technisch ausgereift Photolyse Elektrolyse Dampfreforming

  21. H2O + CH4 CO + 3 H2 ΔH = +206.2 kJ/mol CO + H2O  CO2 + H2 (Wassergas Shift Reaktion) ΔH = -41.2 kJ/mol H2 • technisch ausgereift • kostengünstig Photolyse Elektrolyse Dampfreforming

  22. H2O + CH4 CO + 3 H2 ΔH = +206.2 kJ/mol CO + H2O  CO2 + H2 (Wassergas Shift Reaktion) ΔH = -41.2 kJ/mol H2 • technisch ausgereift • kostengünstig Photolyse Elektrolyse Dampfreforming ABER: negative CO2 Bilanz

  23. H2  Energie zur Wasserstoffgewinnung muss aus regenerativen Energiequellen kommen Photolyse Elektrolyse Dampfreforming

  24. Elektrolyse - Wirkungsprinzip [5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)

  25. Elektrolyse - Wirkungsprinzip Reaktion Kathode: 2 H2O + 2 e-  H2 + 2 OH- [5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)

  26. Elektrolyse - Wirkungsprinzip Reaktion Kathode: 2 H2O + 2 e-  H2 + 2 OH- Reaktion Anode: 2 OH- 0.5 O2 + H2O + 2 e- [5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)

  27. Elektrolyse - Wirkungsprinzip Reaktion Kathode: 2 H2O + 2 e-  H2 + 2 OH- Reaktion Anode: 2 OH- 0.5 O2 + H2O + 2 e- Gesamtreaktion: H2O  0.5 O2 + H2 [5] http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/energiespeicherung/lb/energiespeicher-ueberblick-chemischer-speicher (Stand: 20.05.2013)

  28. Speicherung von H2 physikalisch flüssig gasförmig

  29. Speicherung von H2 physikalisch chemisch CH4 CH3OH In höherwertigen Molekülen flüssig gasförmig

  30. Speicherung von H2 physikalisch chemisch Komplexe CH4 CH3OH kovalent/ionisch In höherwertigen Molekülen Hydride flüssig gasförmig Metallhydride

  31. Metallhydride Metall + H2 Metallhydrid + Wärme [6] www.fraunhofer.de (Stand: 20.05.2013)

  32. Umwandlung in Methan: Methanisierung 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O 3 H2 + CO  CH4 + H2O ΔH = -165.0 kJ/mol ΔH = -206.2 kJ/mol

  33. Umwandlung in Methan: Methanisierung 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O 3 H2 + CO  CH4 + H2O ΔH = -165.0 kJ/mol ΔH = -206.2 kJ/mol Aus Biogasanlagen, der Umgebungslust oder aus industriellen Prozessen

  34. Stromnetz H2 Wind Elektrolyse H2O  H2 + 0.5 O2 Strom-erzeugung H2 Solar H2 H2O Industrie Heizen Methanisierung 4 H2 + CO2 CH4 + H2O CO2 CH4 CH4 CH4 CH4 Gasnetz

  35. ElectricDouble-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs Elektroden [7] www.wima.de/DE/supercap_function.htm (Stand: 12.06.2013)

  36. ElectricDouble-Layer Capacitors (EDLC) oder Supercabs Elektroden [7] www.wima.de/DE/supercap_applic.htm (Stand: 12.06.2013) [7] www.wima.de/DE/supercap_function.htm (Stand: 12.06.2013)

  37. Zusammenfassung • Aneignung von grundlagenwissenschaftlichen Erkenntnisse um das Energiesystem • nachhaltig auf regenerative Primärenergie umstellen zu können • Mit dem steigendem Anteil an erneuerbaren Energien werden effizientere • Speichermedien benötigt • Ausbau und Optimierung der Infrastruktur für erneuerbare Energien • Schlüsselrolle der Chemie: Mit ihren Produkten trägt die chemische Industrie zur • Energieeffizienz und –einsparung in allen Bereichen der Gesellschaft bei

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