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Archive for the ‘Energie’ Category

Print„New records in renewable electricity generation“ – „Wind and solar yesterday covered lion’s share of energy demand” – media and the internet are not short of success messages on renewable energy generation. Peaks in energy supply are so high that up to 5 billion kWh of renewable electricity have to be cut off per year because the grid cannot accommodate it.

At the same time, Germany struggles with meeting its climate goals due to the ongoing emissions from coal power plants that are needed in order to ensure the energy supply on windless nights.

The existing storage capacities such as pumping plants and reservoirs are limited and in Germany almost exhausted. Battery technology is being pushed, but scalability is restricted and the consumer uptake of electric mobility is slow. Moreover, in order to level out summer/winter fluctuation in renewable energy generation, long-term storage is required.

Therefore, researchers and industry are looking for alternatives. “Power-to-X” is one of the hot topics of the day – a vision moving towards application. The basic idea: Unused electricity is used to produce chemicals that can be stored without significant loss and can either be reconverted to energy or used as a basic resource for the chemical industry. This is more than just a technological innovation – it will change businesses and value chains fundamentally, as Jonas Aichinger, Mainzer Stadtwerke AG, explains: „Convergence of previously separated sectors like electricity, gas, mobility and industry link these markets and can be realized through Power-to-X technologies“

The “traditional” conversion path of electricity to energy-rich substances is the electrolysis of water. Hydrogen has multiple potential uses, making it a flexible and versatile energy store, especially as it can – at least to a certain limit – be coupled with existing gas infrastructures. So far, however, the technology is not competitive. Projects such as HYPOS – Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany e.V. are taking up the challenge to find the most cost-efficient pathway and create a showcase by combining technological innovations and existing networks and infrastructure.

“The energy conversion will only succeed with hydrogen”, says Dr. Bernd Pitschak, Hydrogenics GmbH – and hydrogen will play a key role in the ongoing transformation of the energy system. But current “Power-to-X” concepts take the approach one step further: They use renewable electricity to produce not only hydrogen, but by drawing on CO2 as an additional readily available resource, they synthesize methanol or more complex molecules such as synthetic fuels. This could provide the opportunity to kill two birds with one stone: By producing carbon-neutral fuels, greenhouse gas emissions from the mobility sector could be drastically reduced long before the onset of the era of electric mobility.

Even if all passenger cars should one day rely on batteries, there still remains the challenge of heavy-duty vehicles and aviation. Says Benedikt Stefánsson, Carbon Recycling International in Iceland: “Transport presents the most difficult challenge in decarbonization as only certain segments of urban mobility can be electrified with batteries, leaving long-distance driving, heavy goods transport, marine and aviation dependent on liquid transport fuels.“ And Patrick Schmidt, Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH, adds: “There is a real risk that any efficiency improvements in aviation will be overcompensated by aviation’s growth. For long-term greenhouse gas emission mitigation in aviation the use of sustainable carbon-neutral fuels is indispensable. […] For a robust strategy to manage energy transition in the transport sector a dual approach is required: the electrification of drivetrain/propulsion systems, and the electrification of the primary energy basis of fuels.”

What sounds so easy in theory, however, poses big technological challenges: The conversion of CO2 requires a lot of energy and/or highly sophisticated catalysts. Many chemical companies such as Covestro or BASF are putting a lot of effort in the development of these catalysts – and with success. MicroEnergy follows a different approach, using hydrogen as “feed” for methane-producing microorganisms. Methane, like hydrogen, can be fed into the existing natural gas grid. As Thomas Heller, MicrobEnergy, describes: „Renewable electricity turns into primary energy and has to be integrated into all other energy sectors in order to fulfil decarbonisation targets. This does not consequently lead to an all-electric society, but rather to a high demand of storage systems and sector coupling applications like Power-to-Methane is.“

If these technologies become successful – and experts certainly expect this to happen – an unexpected challenge might arise: So far, CO2 conversion technologies depend on punctual sources. One day, if CO2 conversion is a standard addition to any CO2 emitting plant, CO2 might actually become a scarce resource. The Swiss company Climeworks is setting forth to address this problem: They have developed a technology to capture CO2 from air and are aiming at capturing 1 % of global CO2 emissions from the air by 2025, says Dr. Jan Wurzbacher, Managing Director.

But is the success of Power to X technologies up to engineers and scientists alone? No, say experts almost unequivocally. Dr. Ralph-Uwe Dietrich, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., warns: „Without strong political authority the market introduction of power-to-X will not start.“ And Dr. Max Peiffer, AssmannPeiffer Attorneys, adds: „The current energy legislation does not provide a proper framework for Power-to-X-systems. The legislator needs to implement changes.“ Marcus Newborough,
Development Director, ITM Power plc., points out „the urgent need to place a value on having ‘renewable gas’ in the gas grid and for policymakers to establish a framework that enables the roll out of power-to-gas systems“

Power-to-X technologies require the cooperation of different sectors. The PRAXISforum Power-to-X  brings them together. Be part of this exciting story and join the PRAXISforum Power-to-X (18-19 October 2017, Frankfurt)

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RipplingerAm 11. und 12. September 2017 findet der 10. Bundesalgenstammtisch statt. Das zehnjährige Jubiläum gibt Anlass für einen Rück- und Ausblick im Interview mit Dr. Peter Ripplinger, stellvertretender Vorsitzender der DECHEMA-Fachgruppe Algenbiotechnologie und Geschäftsführer der Subitec GmbH.

 

Wie hat sich die Algenbiotechnologie in den letzten zehn Jahren entwickelt?

In den letzten zehn Jahren hat eine gewisse Skalierung stattgefunden: Raus aus dem Labor, hin zu Pilotanlagen und dort, wo schon Märkte existieren, auch in die Produktion.

Ein ganz großer Trend ging weg von der energetischen und hin zur stofflichen Nutzung. Vor zehn Jahren stand das Thema Biofuels national und international noch ganz weit oben auf der Agenda. Auch die europäische Community hat sich zuerst mit mehreren großen EU-Projekten und dem nationalen Projekt AUFWIND auf dieses Thema konzentriert. Dadurch entstanden unter anderem in Portugal und Spanien große Anlagen, und man konnte die Möglichkeiten der Skalierung für verschiedene Systeme vom geschlossenen Reaktor bis zum Open Pond austesten. Dazu hat man wichtige Aufgabenstellungen wie Medienrecycling, Rauchgasnutzung, eine Erhöhung des Automatisierungsgrades bearbeitet; man lernte in der Prozessführung dazu und ebenso beim Umgang mit Kontaminationen – alles zusammen führt dazu, dass sich die Technik enorm weiterentwickelt, und das ist wichtig für die Senkung der Produktionskosten – und damit auch für die Erschließung neuer Anwendungsfelder.

Was sind heute und in naher Zukunft die wichtigsten Märkte?

Es gibt ganz klar einen existierenden Markt im Bereich der Nahrungsergänzungsmittel, ob Astaxanthin, Omega-3-Fettsäuren oder „Ganzalgen“ – also Spirulina oder die neue ökozertifizierte Chlorella. Dieser Markt entwickelt sich sehr positiv – diese Entwicklung wird in jüngster Zeit auch – durch die Normungsaktivitäten von CEN und DINunterstützt. Es zeichnet sich zudem ab, dass durch die Überarbeitung der Novel-Food-Verordnung die Zulassung von Algen als Nahrungsergänzungsmittel erleichtert wird. Bisher war das eine hohe Hürde, denn die Firmen im Algenbereich sind meist klein; die Zulassung ist mit hohen Kosten verbunden und der mangelnde Schutz vor Nachahmern führt zu einer starken Unsicherheit.

Ein weiterer Markt, der beständig wächst und in dem sich Algen schon gut etabliert haben, ist die Aquakultur. Bisher nicht industriell genutzte Mikroalgen werden zunehmend in der Larvenaufzucht bei neuen Fischarten eingesetzt. Synthetisches Astaxanthin, das bisher in der Lachszucht für die Rotfärbung sorgt, kann nun auch aus der Mikroalge Hämatococcus pluvialis auf natürliche Weise gewonnen werden um die Märkte für Biofisch zu erschließen. Evonik und DSM haben im März 2017 ein Joint Venture zur heterotrophen Produktion von Algenöl gegründet, um das knapper werdende Fischöl in der Lachszucht zu ersetzen. Viele Algenfirmen, gerade aus dem ehemaligen Biofuel-Sektor,  arbeiten auch an der photoautotrophen Produktion von Algen als Futtermittel.

Der dritte Bereich sind Nischen im Bereich der Kosmetik und vielleicht mittelfristig auch im Pharmabereich. Die Proteinproduktion in Algen hat wegen der Glykosilierungsmuster Vorteile gegenüber tierischen Zellen; diese Arbeiten sind aber noch im Entwicklungsstadium.

Lesen Sie im zweiten Teil des Interviews, welche Perspektiven für die energetische Nutzung von Mikroalgen bestehen.

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Bei der Podiumsdiskussion am DECHEMA-Tag wurden nicht nur Probleme diskutiert, sondern auch Lösungsansätze

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Prof. Dr. Robert Schlögl (MPI für chemische Energiekonversion), Dr. Werner Neumann (BUND e.V.), Dr. Jens Kanacher (innogy SE), Dr. Christoph Sievering (Covestro), Prof. Dr. Hans-Martin Henning (Fraunhofer ISE) und Dr. Georg Menzen (BMWi) diskutierten mit Prof. Dr. Kurt Wagemann über „Die deutsche Energiewende – wir schaffen das!?“

Wie gehen wir mit der Energiewende um? Das war eine zentrale Frage des DECHEMA-Tages am 31. Mai 2017. Sie betrifft nicht nur die gesamte Gesellschaft, sondern beschäftigt auch die Wissenschafts- und Technologie-Community. Jenseits der Entwicklung neuer Solarzellen oder der Standorte von Windrädern stellen sich Fragen nach der Integration der erneuerbaren Energien in die Sektoren Mobilität, Wärme und Produktion.

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Prof. Dr. Robert Schlögl (MPI für chem. Energiekonversion): „Systemische Probleme brauchen systemische Lösungen.“

Wie sind die technischen Voraussetzungen für die Energiewende? Robert Schlögl schätzt, dass die Zeitskala für ein neues Energiesystem bei etwa 20 Jahren liegen wird; fast alle Komponenten für den Transformationspfad seien vorhanden, sie müssten „nur“ noch zusammengefügt werden. Dem widersprach Georg Menzen vom BMWi. Die Bundesregierung fördert seit über 40 Jahren Energieforschung und diese Förderung sei heute um so wichtiger, denn viele der einzelnen Komponenten seien teilweise erst als Idee vorhanden.

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Dr. Christoph Sievering (Covestro Deutschland AG): „Die Flexibilität der Industrie wird in den Medien völlig überzeichnet.“

Was aber bis dahin tun? Häufig wird argumentiert, man könne dem volatileren Energieangebot durch den höheren Anteil an erneuerbaren Energien eine flexiblere Abnahme entgegensetzen und energieintensive Industrien als „Puffer“ nutzen. Dem widersprach Christoph Sievering von Covestro. Prozesse in der chemischen Industrie seien über Jahrzehnte auf Energieeffizienz getrimmt worden. Flexibilität ist eine völlig andere Aufgabenstellung. Die Potenziale für die Umsetzung werden medial überzeichnet; der notwendige lange Zeithorizont kollidiere mit den Vorstellungen der Gesellschaft, die die Energiewende zwar beschlossen, die Bedürfnisse der Industrie dabei aber wenig berücksichtigt habe. Hans-Martin Henning, Fraunhofer ISE, wies darauf hin, dass sowohl Lastverschiebung als auch Kurzzeitspeicher Grenzen haben. Elektrolyse könnte einen Ausweg bieten.

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Werner Neumann (BUND e.V.),: „Gesellschaftliche Fragen sind mindestens genauso wichtig wie technische.“

Wie weit reicht die Akzeptanz der Gesellschaft? Werner Neumann vom BUND schätzt sie
auf 90 % und sieht die Energiewende vor allem als gesellschaftliches Gemeinschaftswerk, an dem sich schon heute viele Kommunen und Bürger aktiv beteiligen. Doch der geäußerten Akzeptanz steht eine „not in my backyard“-Mentalität entgegen, die viele Projekte der Energiewende vom Windrad bis zur Stromtrasse erschwert oder blockiert. Und nicht nur für die Stromerzeugung und den Stromtransport ist gesellschaftliche Akzeptanz nötig. Denn wenn Elektrolyse oder CO2 in Verbindung mit regenerativem Strom als Grundlage für die Produktion von Kraftstoffen oder Chemikalien dienen soll, muss auch das CO2 transportiert werden. Alternativ wären evtl. Industriestandorte zu den CO2-Quellen zu verlagern. Beides ist ohne gesellschaftliche Unterstützung nicht machbar, genauso wie höhere Preise für Produkte, die unter CO2-Vermeidung erzeugt werden.

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Jens Kanacher (innogy SE),: „Um neue Business-Modelle zu ermöglichen, muss man einen Markt entstehen lassen.“

Und die erforderlichen höheren Preise sind so wahrscheinlich, wie eine weltweite CO2-Steuer bzw. teurere CO2-Zertifikate unwahrscheinlich sind. Ordnungspolitisch wäre eine CO2-Steuer nach Auffassung von Georg Menzen, BMWi, die einfachste Lösung. Die Akzeptanz dafür mag da sein, das Engagement der Bevölkerung allerdings nicht. Dabei wären Zertifikate nach Auffassung von Jens Kanacher, Innogy, zumindest geeignet, die Merit Order für Kraftwerke in die richtigen Bahnen zu lenken. Insgesamt sei Forschungsförderung zwar wichtig, allerdings sei ein Markt die Voraussetzung dafür, dass tragfähige neue Geschäftsmodelle überhaupt erst entstehen können. Werner Neumann, BUND, bemängelte, dass es einen echten Markt im Energiebereich bisher aufgrund falscher Weichenstellungen in der Vergangenheit nicht gebe. Er empfahl Deinvestments aus fossilen Energien; mit 1% des BIP sei die Energiewende finanzierbar – eine Zahl, die Hans-Martin Henning, Fraunhofer ISE, auf Basis eigener Rechenmodelle bestätigte.

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Dr. Georg Menzen (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie): „Wir brauchen eine europäische Lösung.“

Doch Deutschland ist keine Insel. Die Abwanderung der Solarenergie hat gezeigt, welche Gratwanderung zwischen der Entstehung eines freien Marktes und der Steuerung  besteht. Lösungen sind deshalb nur international, mindestens europäisch machbar. Jens Kanacher von Innogy plädierte dafür, alles, was heute schon möglich ist, zu elektrifizieren, dabei aber die Stromimporte zu reduzieren und internationale Standorte (z. B. für die Herstellung von E-Fuels) zu nutzen. Das funktioniert jedoch nur, wenn die Rahmenbedingungen überall gleich sind – und wenn alle Sektoren gleich behandelt werden. Dafür könnte eine CO2-Steuer sinnvoll sein.
Hans-Martin Henning, Fraunhofer ISE, wies auf die positiven Entwicklungen hin: Gewaltige Kostensenkungen sind für Photovoltaik, Windenergie und Wärmekonzepte für Gebäude bereits erreicht worden. Günstige Komponenten der Leistungselektronik müssten der nächste Schritt sein.

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Dr. Hans-Martin Henning (Fraunhofer ISE): „Der Umstieg passiert nicht von alleine. Wir sollten nicht nur über Kosten reden, sondern auch über Chancen.“

Dass das Thema Energiewende komplex bleibt, zeigte auch die abschließende Diskussion mit dem Publikum. Was ist für die Biodiversität und die Vogelwelt schlimmer – Klimawandel oder Windräder? Ist Geld zur Erreichung kurzfristiger Klimaziele gut angelegt, oder sollte es lieber in langfristige Technologieentwicklung fließen? Wohin führt der Kohleausstieg – zu mehr Abhängigkeit von Gasimporten oder Methanförderung in der Tiefsee? Am Ende blieb die Erkenntnis, die Robert Schlögl in einem Satz zusammenfasste: „Die Energiewende scheitert nicht an den Chemikern und auch nicht an den Technologen, sie scheitert an der Gesellschaft.“ Diese gesellschaftliche Diskussion, auch generationenübergreifend, weiterzuführen, bezeichnete Kurt Wagemann in seinem Schlusswort als Aufgabe für die DECHEMA.

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Nachwuchswissenschaftler aus ganz Deutschland trafen sich zur NaWuReT-Summerschool in Bayreuth Dr.-Ing. Florian Heym, Chemische Verfahrenstechnik, Universität Bayreuth Die Verfügbarkeit von Ressourcen ist für die chemische Industrie von zentraler Bedeutung. Deshalb stellt sie der Rohstoffwandel vor große Herausforderungen. Die Umsetzung unterschiedlichster Rohstoffe stellt dabei hohe Anforderungen an die Reaktionstechnik. Zu dieser Thematik veranstaltete der Nachwuchs der […]

über Ressourcen und Rohstoffwandel – Was kann die Reaktionstechnik zur Sicherung unserer Zukunft leisten? — ProcessNet – Wir schaffen Zukunft!

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Kollektion von Mikroalgenkulturen [von CSIRO, CC BY 3.0 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=35475348

Mikroalgen sind eine wichtige Säule einer zukünftigen Bioökonomie, denn sie produzieren ohne Konkurrenz zu landwirtschaftlichen Flächen eine große Vielfalt hochwertiger Produkte. Um diese Potenziale voll auszuschöpfen, bedarf es allerdings nicht nur gezielter Forschung und Entwicklung, sondern auch geeigneter politischer Rahmenbedingungen. Was genau zu tun ist, stellt die DECHEMA-Fachgruppe Algenbiotechnologie In ihrem neuen Statuspapier „Mikroalgen-Biotechnologie: Gegenwärtiger Stand, Herausforderungen, Ziele“ vor. Entlang der Wertschöpfungskette von der Algenanzucht bis zum Produkt beschreiben die Experten, welche Verfahren heute im Einsatz sind, welche Herausforderungen bestehen und wie diesen begegnet werden kann. Dabei diskutieren sie auch die gesellschaftliche Relevanz und beleuchten Chancen, die sich für Menschen in Entwicklungs- und Schwellenländern durch den Mikroalgenanbau bieten.

Vor einigen Jahren waren Mikroalgen als Klimaretter in aller Munde. Als die ersten Flugzeuge testweise mit Algen-Kerosin abhoben, berichteten die großen Tageszeitungen ausführlich über die kleinen Hoffnungsträger. Inzwischen ist es in der Öffentlichkeit wieder etwas ruhiger geworden. Das heißt aber nicht, dass sich bei den Mikroalgen nichts getan hätte – im Gegenteil.

Allerdings sind sich die Experten inzwischen darüber einig, dass die ausschließliche Erzeugung von regenerativen Kraftstoffen mit Algen aus Gründen des Klimaschutzes und der Wirtschaftlichkeit derzeit nicht sinnvoll ist. Die Forschung konzentriert sich daher in weiten Teilen auf hochwertigere Produkte aus Algen. Beispiele sind Nahrungsergänzungsmittel, Inhaltsstoffe für Pharmazeutika und Kosmetik oder wertvolle Futtermittel für Fischzucht und Landwirtschaft. In Kombination mit der Nutzung der Rest-Algenbiomasse zur Energiegewinnung sind reizvolle Konzepte für sogenannte „Algenbioraffinerien“ vorstellbar, die auf Basis von Algen eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte liefern.

Um diese Potenziale voll auszuschöpfen, bedarf es einer gezielten Weiterentwicklung auf allen Stufen der Wertschöpfungskette. Von den geschätzt mehr als 100.000 Algenarten sind weniger als 10.000 klassifiziert, und nur etwa 20 Mikroalgenarten werden bislang wirtschaftlich genutzt. Hier schlummert ein Schatz an Naturstoffen und möglichen Produzenten, die durch Kultivierung nutzbar gemacht werden könnten. Für die Anzucht der Algen werden geschlossene Reaktoren mit Licht-durchlässigen Wandungen eingesetzt, damit die Organismen das einfallende (Sonnen-)Licht zum Wachstum nutzen können. Neue transparente Kunststoffe könnten erhebliche Verbesserungen bringen. Da die Aufarbeitung, also „Ernte“ und „Trocknung“ der Mikroalgen, heute immer noch den Löwenanteil der Energie verbraucht, empfehlen die Experten eine verstärkte Zusammenarbeit von Universitäten und Unternehmen, um diesen Schritt zu verbessern.

Ist ein Verfahren erst einmal im Labor entwickelt, muss es im größeren Maßstab getestet und verbessert werden. Doch Demonstrationsanlagen dafür sind bisher in Deutschland zu wenige vorhanden. Auch zum Aufbau von Produktionsanlagen fehlen den häufig kleinen und jungen Unternehmen die Mittel; Fördergelder für die Prozessentwicklung bis in den Demonstrationsmaßstab, ein freundliches Investitionsklima und einfachere Kontakte zu Geldgebern könnten helfen.

Profitieren können davon am Ende nicht nur die Industrieländer. In einigen Regionen Afrikas wie Kenia, Mauretanien und Madagaskar gibt es schon heute Versuchsanlagen für die Produktion von Proteinen zur Ernährungssicherung. Das Beispiel zeigt, wie wichtig die internationale Zusammenarbeit ist; dabei sollen sowohl Industrieländer untereinander kooperieren als auch mit Ländern, die dank ihrer klimatischen Rahmenbedingungen besonders gute Voraussetzungen für den Algenanbau bieten.

Das Papier steht unter http://dechema.de/studien.html zum kostenlosen Download zur Verfügung.

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Bundesforschungsministerin Professor Johanna Wanka hat am 5. April in Berlin die neuen Kopernikus-Projekte vorgestellt. Ausgewählt wurde auch das Projekt „Power-to-X“, das von einem Konsortium bestehend aus RWTH Aachen, Forschungszentrum Jülich und DECHEMA koordiniert wird. Auch das DECHEMA-Forschungsinstitut ist Projektpartner.

Prof. Dr. Kurt Wagemann, Geschäftsführer der DECHEMA, der selbst maßgeblich an dem Projekt beteiligt ist, freut sich über den Erfolg:“Das Thema Energiespeicherung und die Verknüpfung des Energiesystems mit der chemischen Industrie, aber auch der Mobilität, steht bei der DECHEMA schon lange auf der Agenda. In den letzten Jahren haben wir dazu Kompetenzen systematisch aufgebaut.“ So hat die DECHEMA in den letzten Jahren eine Reihe von Veröffentlichungen herausgebracht, zum Beispiel zur Elektrifizierung der Chemie oder zu den technischen Möglichkeiten der Energiespeicherung und ihrer systemischen Verknüpfung. „Die Energieversorgung wird chemischer werden – diese Prognose, die Prof. Dr. Ferdi Schüth schon vor Jahren als Vorsitzender des Koordinierungskreises chemische Energieforschung getroffen hat, hat sich bewahrheitet“, meint Kurt Wagemann. Um angesichts des Zuwachses an erneuerbaren Energien das Energiesystem stabil zu halten, werden kurz-, mittel- und langfristig Speicher-möglichkeiten benötigt – je flexibler, desto besser. Hier kommt „Power to X“ ins Spiel: 5_solar-power-1019830_1920Indem mit Hilfe von „Überschussstrom“ Chemikalien erzeugt werden, werden „Speicher“ gefüllt, die sowohl für die Rückverstromung genutzt werden könnten (beispielsweise H2 oder Methan), die aber auch in andere Sektoren „abfließen“ können – etwa Kraftstoffe oder Plattformchemikalien. Gegenüber anderen Speicheroptionen ist die Energiedichte deutlich höher, und je nach Endprodukt kann die Wertschöpfung erheblich höher sein als die Rückverstromung. „Für die chemische Industrie heißt das allerdings, dass Prozesse entwickelt werden müssen, bei denen mindestens ein Schritt eine sehr flexible Fahrweise erlaubt“, erklärt Wagemann. (mehr …)

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