Methanol als Energieträger in einem nachhaltigen Energiesystem?

1. Methanol als Energieträger in einem nachhaltigen Energiesystem? Markus Raschka Fachgebiet Energiesysteme Veranstaltung „Neue Entwicklung auf den Energiemärkten“ am 04.07.2002

2. Gliederung • Grundlagen: Methanol und Methanolherstellung • Methanolproduktion • Methanolpreis • Verwendung von Methanol • Methanol als Energieträger • CO2-Reduktion • Zusammenfassung und Ausblick

3. Grundlagen Grundlagen • Methanol (Methylalkohol, Holzgeist): • chemische Verbindung CH3OH • flüssig, farblos, Geruch alkoholartig • giftig, Wassergefährdungsklasse (WGK) 1 Stoffdaten zu Methanol:  Grundlagen

4. Fließbild zur Methanolherstellung: Reformierung/ Methanol- Synthese Teiloxidation Kohlen- wasserstoffe Synthesegas (CO, H2, CO2) Methanol CH3OH Herstellung von Methanol Herstellung von Methanol • Zur Herstellung von Methanol sind derzeit alle Kohlenwasserstoffe geeignet: • Erdgas • Erdöl • Kohle • Biomasse, u.a.  Grundlagen

5. Chemische Reaktionen zur Methanolsynthese Synthesegas (CO, H2, CO2) wird zu Methanol konvertiert: 1. Reaktion: CO + 2H2 CH3OH mit HR = -91 kJ/kmol 2. Reaktion: CO2 + 3H2 CH3OH mit HR = -50 kJ/kmol Reaktion läuft unter hohem Druck im Beisein eines Katalysators ab (z.B. Kupfer). Man unterscheidet: • Hochdruck-Prozesse mit Drücken von 250 bis 300 bar • Mitteldruck-Prozesse mit Drücken von 100 bis 250 bar • Niedrigdruck-Prozesse mit Drücken von 50 bis 100 bar  Grundlagen

6. Herstellung von Synthesegas zur Methanolproduktion • Prozesse zur Synthesegasherstellung sind • die Reformierung mit Wasserdampf • die Teiloxidation • kombinierte Verfahren Reformierung mit Wasserdampf (Methan-Dampf-Reformierung): CH4 + H2O  CO + 3H2 mit HR = 205 kJ/kmol Teiloxidation: CnHm + n/2 O2 n CO + m/2 H2  Grundlagen

7. Fließbild Kombiniertes Verfahren: Herstellung von Synthesegas zur Methanolproduktion Kombinierte Verfahren: Zur Zeit werden über 90% kombinierte Verfahren aus Dampf-Reformierung und Teiloxidation zur Synthesegas-/ Methanol- produktion verwendet. Hersteller: ICI, Lurgi, Topsoe  Grundlagen

8. Rohstoffeinsatz zur Methanolproduktion  Methanolproduktion

9. Methanolproduktion Deutschland und Welt Weltmarktführer mit 26% Marktanteil ist METHANEX.  Methanolproduktion

10. Methanolproduktion Deutschland  Methanolproduktion

11. Methanolproduktion Welt • TENDENZEN : • Weltweite Methanolproduktionskapazität steigt (1989: 21 Mio t/a; 2000: 35 Mio t/a) • Errichtung größerer Methanol-Produktionsstätten mit Kapazitäten größer als 1000 ktMeOH/a • Methanol-Produktionsstätten an Orten mit billigem Erdgas (z.B. Mittlerer Osten, Trinidad) • Kapital-Investitionskosten der Methanol-Produktionsstätten sinken von derzeit 320 $/(tMeOHpa) auf 200 $/(tMeOHpa) • Maritime Transportkosten von Methanol sind gering: <6 $/tMeOH (z.B. Neufundland-Europa)  Methanolproduktion

12. Methanolpreis Methanolpreis Europa: 2.Quartal 2002: 145 Euro/t (FOB Rotterdam) Methanolpreis USA: April 2002: 125 $/t Mai 2002: 166 $/t Methanolpreis Methanex: Juni 2002: 186 $/t  Methanolpreis

13. Methanolpreis Zusammenhang: Erdgaspreis-Methanolpreis Sensitivität des Erdgaspreises auf den Methanolpreis: Änderung des Erdgaspreises um 1 $/GJ Änderung des Methanolpreises um 37 $/t  Methanolpreis

14. Methanolpreis  Methanolpreis

15. Verwendung von Methanol Formaldehyd (Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Holzschutzmittel, Desinfektionsmittel u.v.m.) Essigsäure Vergällungsmittel Methylisierungsmittel (Pharmazeutika, Farben, Absorptionsmittel) Gefrierschutzmittel Tieftemperatur Gaswäsche Kühlmittel in Kälteanlagen Lösungsmittel (für Harze, Wachse, anorganische Salze, Polymere) Vitaminprodukte Chemische Synthesen (Insektizide, Sprengstoffe, Duftstoffe, Plexiglas) Niedere Olefine, niedere Aromaten MTBE (Bleiersatz im Benzin) M3, M15, M85, M100 (Benzinzusatz und Benzinersatz) Synthesegas, Wasserstoff Überführung in SNG (Methan)  Methanolverwendung

16. Weltweite Verwendung von Methanol im Jahr 2000 Verwendung von Methanol Methanol 28 Mio t/a Formaldehyd35,5% MTBE 28% Essigsäure 7% Lösungsmittel, MMA, DMT 8% Andere 21,5% • Hauptsächlicher Einsatz von Methanol als Chemierohstoff und Additiv im Verkehrssektor  Methanolverwendung

17. Verwendung von Methanol als Chemierohstoff Formaldehyd HCHO: • Verwendung in der Leim- und Kunstoffproduktion • Herstellung von Holzschutzmitteln und Desinfektionsmitteln • Produktionsmengen: Deutschland ca. 500 kt/a Welt ca. 5000 kt/a Essigsäure CH3COOH: • Herstellung von Essigsäureester, Celluloseacetat (zur Kunstseideherstellung), Lösungsmittel (Lacke, Harze) und Additiv in der Textilindustrie Lösungsmittel, MMA (Methylmetacrylat), DMT (Dimethylterephtalat): • Lösungsmittel auf Basis von Methanol (Methylamine) werden in Insektiziden und Pharmazeutika verwendet • MMA wird bei der Herstellung von Acrylglas eingesetzt • DMT bei der Herstellung von PET (Polyethylentherephtalat)  Methanolverwendung

18. Verwendung von Methanol im Verkehrssektor MTBE (Metyltertiärbutylether): • Verwendung als Antiklopfmittel und Ersatz für organische Bleiverbindungen im Benzin • MTBE besitzt eine hohe Oktanzahl (ROZ: 117, MOZ: 101) • MTBE wirkt emissionsmindernd (CO und H-C) im Benzin Kraftstoffe M3, M15, M85, M100: Mischkraftstoffe, bei denen Methanol dem Benzin direkt zugegeben wird. M3: 3% Zumischung von Methanol zum Benzin M100: 90% Methanol  Methanolverwendung

19. Welt-Methanolbedarf Prognose: • Bedarfszuwachs bis 4 % pro Jahr  Methanolverwendung

20. Methanol- Weltbedarf nach Kontinenten  Methanolverwendung

21. Zukünftige Verwendung von Methanol Methanol-To-Propylen: • Neuer Prozess zur Propylenherstellung von LURGI • Bisher basiert 98% der Propylenherstellung auf Erdöl • Prognostizierte Steigerung der Propylennachfrage um 6% pro Jahr Methanol als Energiespeicher/Energieträger Fuel Methanol in Brennstoffzellen (DMFC)  Methanolverwendung

22. Konkurrenz von Methanolprodukten  Methanolverwendung

23. Methanol als Energieträger • Methanol kann mit Wasserdampf einfach in Kohlendioxid und Wasserstoff zerlegt werden und damit als Kraftstoff für Brennstoffzellen eingesetzt werden. CH3OH + H2O  CO2 + 3H2 mit HR(T=473K) = 58,4 kJ/kmol  Methanol als Energieträger

24. Methanol als Energieträger: Vergleich mit Wasserstoff Methanol ist leicht zu lagern und zu transportieren.  Methanol als Energieträger

25. Methanol als Energieträger: Transport  Methanol als Energieträger

26. Methanol als Energieträger • Regenerativer Methanol-Pfad von Biomasse (Holz) bis zur Tankstelle: • Der Methanolpreis bei Tankstellenabgabe kann mit 32,5 bis 42,5 Eurocent/Liter prognostiziert werden. Vergleich: Fossiler Methanol-Pfad von Erdgas bis zur Tankstelle: • Der Methanolpreis bei Tank-stellenabgabe kann mit 83 Eurocent/Liter (ohne Mineral-ölsteuer 14 Eurocent/Liter) prognostiziert werden.  Methanol als Energieträger

27. Methanol als Energieträger: Kostenvergleich von Kraftstoffen  Methanol als Energieträger

28. CO2-Reduktion in Deutschland Kyoto-Abkommen: Reduktion von Treibhausgasen (CO2, CH4, N2O, SF6) in Deutschland um 21% bis 2008 bzw. 2012 (gegenüber 1990) Selbstverpflichtung Deutschlands CO2-Emissionen zu senken • minus 25 % bis 2005 • minus 30 % bis 2010 (gegenüber 1990) CO2-Emissionen Deutschland: 1990: 1.014 Mio t 1999: 859 Mio t (-15,3% gegenüber 1990) 2000: 868 Mio t (-14,4% gegenüber 1990) Ziel 2005: 761 Mio t (Deckungslücke 100 Mio t CO2)  CO2-Reduktion

29. CO2-Emission im Verkehrssektor Quelle: www.bmu.de  CO2-Reduktion

30. CO2-Reduktion: Einsatz von Methanol Wieviel CO2-Emissionen können durch den Einsatz von Methanol im Verkehrssektor vermieden werden? (1) Fossiler Methanol aus Erdgas: 69,1 g CO2/MJ Vermiedende CO2-Emissionen im Vergleich zum Benzin: 17,3 g CO2/MJ Substitution von ca. 3 t Benzin senken CO2-Emission um 1 t (2) Regenerativer Methanol aus Biomasse (Holz): 9,1 g CO2/MJ Vermiedende CO2-Emissionen im Vergleich zum Benzin: 77,3 g CO2/MJ Substitution von ca. 0,65 t Benzin senken CO2-Emission um 1 t • CO2-Emissionen werden bei Herstellung von regenerativen Methanol aus Biomasse gegenüber fossilen Methanol aus Erdgas um den Faktor 8 gesenkt  CO2-Reduktion

31. CO2-Reduktion: Einsatz von Methanol im Verkehrssektor  CO2-Reduktion

32. Zusammenfassung und Ausblick • Bedeutung des Chemierohstoffs und Energieträgers Methanol wächst • Methanol kann eine Brückenfunktion beim Übergang zu einem regenerativen Kraftstoffsystem einnehmen • In Zukunft sollte Methanol eine bedeutendere Rolle zugewiesen werden  Zusammenfassung und Ausblick

33. Ausgewählte Quellen Asinger, Friedrich: „Methanol- Energie und Chemierohstoff“, Springer, Berlin, 1986 Henning, Volkmar: „A Market Analysis of Natural Gas Resources Offshore Newfoundland“, Final Report, Dezember 2000 McCaskil, Dave C.: „World Methanol Overviews“, 18th World Methanol Conference, Kopenhagen, November 2000 Pehnt, Martin: „Ökobilanz von Methanol aus Holz und Erdgas“, Energiewirtschaftliche Tagesfragen 49 Jg., Heft 4, 1999 Wolf, Bodo: „Bio-Methanol als Treibstoff aus regionalen Quellen“, http://www.eurosolar.org/politik/Wolf.html www.methanol.org (Methanol Institute) www.methanex.com (Methanex) www.bmu.de (Bundesumweltministerium) www.diw.de (DIW-Wochenberichte) www.lurgi.de (LURGI) www.basf.de (BASF)