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

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Präsentation zum Thema: "Methanol als Energieträger in einem nachhaltigen Energiesystem? Markus Raschka Fachgebiet Energiesysteme Veranstaltung „Neue Entwicklung auf den Energiemärkten“"—  Präsentation transkript:

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

2 Folie 2/33 ¬ Grundlagen: Methanol und Methanolherstellung ­ Methanolproduktion ® Methanolpreis ¯ Verwendung von Methanol ° Methanol als Energieträger ± CO 2 -Reduktion ² Zusammenfassung und Ausblick Gliederung

3 Folie 3/33 Grundlagen Methanol (Methylalkohol, Holzgeist): chemische Verbindung CH 3 OH flüssig, farblos, Geruch alkoholartig giftig, Wassergefährdungsklasse (WGK) 1 Grundlagen  Grundlagen  Grundlagen Stoffdaten zu Methanol:

4 Folie 4/33 Herstellung von Methanol Zur Herstellung von Methanol sind derzeit alle Kohlenwasserstoffe geeignet: Erdgas Erdöl Kohle Biomasse, u.a. Herstellung von Methanol  Grundlagen  Grundlagen Fließbild zur Methanolherstellung: Kohlen- wasserstoffe Synthesegas (CO, H 2, CO 2 ) Methanol CH 3 OH Reformierung/ Methanol- Synthese Teiloxidation

5 Folie 5/33 Synthesegas (CO, H 2, CO 2 ) wird zu Methanol konvertiert: 1. Reaktion: CO + 2H 2  CH 3 OHmit  H R = -91 kJ/kmol 2. Reaktion:CO 2 + 3H 2  CH 3 OHmit  H R = -50 kJ/kmol Reaktion läuft unter hohem Druck im Beisein eines Katalysators ab (z.B. Kupfer).  Grundlagen  Grundlagen Chemische Reaktionen zur Methanolsynthese Man unterscheidet: n Hochdruck-Prozesse mit Drücken von 250 bis 300 bar n Mitteldruck-Prozesse mit Drücken von 100 bis 250 bar n Niedrigdruck-Prozesse mit Drücken von 50 bis 100 bar

6 Folie 6/33  Grundlagen  Grundlagen Herstellung von Synthesegas zur Methanolproduktion Prozesse zur Synthesegasherstellung sind die Reformierung mit Wasserdampf die Teiloxidation kombinierte Verfahren Reformierung mit Wasserdampf (Methan-Dampf-Reformierung): CH 4 + H 2 O  CO + 3H 2 mit  H R = 205 kJ/kmol Teiloxidation: C n H m + n/2 O 2  n CO + m/2 H 2

7 Folie 7/33 Herstellung von Synthesegas zur Methanolproduktion  Grundlagen  Grundlagen Kombinierte Verfahren: Zur Zeit werden über 90% kombinierte Verfahren aus Dampf-Reformierung und Teiloxidation zur Synthesegas-/ Methanol- produktion verwendet. Hersteller: ICI, Lurgi, Topsoe Fließbild Kombiniertes Verfahren:

8 Folie 8/33  Methanolproduktion  Methanolproduktion Rohstoffeinsatz zur Methanolproduktion

9 Folie 9/33 Methanolproduktion Deutschland und Welt  Methanolproduktion  Methanolproduktion Weltmarktführer mit 26% Marktanteil ist METHANEX.

10 Folie 10/33 Methanolproduktion Deutschland  Methanolproduktion  Methanolproduktion

11 Folie 11/33 Methanolproduktion Welt  Methanolproduktion  Methanolproduktion TENDENZEN TENDENZEN : Weltweite Methanolproduktionskapazität steigt (1989: 21 Mio t/a; 2000: 35 Mio t/a) Errichtung größerer Methanol-Produktionsstätten mit Kapazitäten größer als 1000 kt MeOH /a Methanol-Produktionsstätten an Orten mit billigem Erdgas (z.B. Mittlerer Osten, Trinidad) Kapital-Investitionskosten der Methanol-Produktionsstätten sinken von derzeit 320 $/(t MeOH pa) auf 200 $/(t MeOH pa) Maritime Transportkosten von Methanol sind gering: <6 $/t MeOH (z.B. Neufundland-Europa)

12 Folie 12/33 Methanolpreis  Methanolpreis  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

13 Folie 13/33 Methanolpreis  Methanolpreis  Methanolpreis Zusammenhang: Erdgaspreis-Methanolpreis Sensitivität des Erdgaspreises auf den Methanolpreis: Änderung des Erdgaspreises um 1 $/GJ Änderung des Methanolpreises um 37 $/t

14 Folie 14/33 Methanolpreis  Methanolpreis  Methanolpreis

15 Folie 15/33 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  Methanolverwendung Verwendung von Methanol

16 Folie 16/33 Verwendung von Methanol Weltweite Verwendung von Methanol im Jahr 2000 Methanol 28 Mio t/a Formaldehyd 35,5% MTBE 28% Essigsäure 7% Lösungsmittel, MMA, DMT 8% Andere 21,5% è Hauptsächlicher Einsatz von Methanol als Chemierohstoff und Additiv im Verkehrssektor  Methanolverwendung  Methanolverwendung

17 Folie 17/33 Verwendung von Methanol als Chemierohstoff Formaldehyd HCHO Formaldehyd HCHO: Verwendung in der Leim- und Kunstoffproduktion Herstellung von Holzschutzmitteln und Desinfektionsmitteln Produktionsmengen: Deutschland ca. 500 kt/a Welt ca kt/a Essigsäure CH 3 COOH Essigsäure CH 3 COOH: 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  Methanolverwendung

18 Folie 18/33 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: 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  Methanolverwendung

19 Folie 19/33 Welt-Methanolbedarf Prognose: è Bedarfszuwachs bis 4 % pro Jahr  Methanolverwendung  Methanolverwendung

20 Folie 20/33 Methanol- Weltbedarf nach Kontinenten  Methanolverwendung  Methanolverwendung

21 Folie 21/33 Zukünftige Verwendung von Methanol  Methanolverwendung  Methanolverwendung 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)

22 Folie 22/33 Konkurrenz von Methanolprodukten  Methanolverwendung  Methanolverwendung

23 Folie 23/33 Methanol als Energieträger  Methanol als Energieträger  Methanol als Energieträger è Methanol kann mit Wasserdampf einfach in Kohlendioxid und Wasserstoff zerlegt werden und damit als Kraftstoff für Brennstoffzellen eingesetzt werden. CH 3 OH + H 2 O  CO 2 + 3H 2 mit  H R(T=473K) = 58,4 kJ/kmol

24 Folie 24/33 Methanol als Energieträger: Vergleich mit Wasserstoff  Methanol als Energieträger  Methanol als Energieträger Methanol ist leicht zu lagern und zu transportieren.

25 Folie 25/33 Methanol als Energieträger: Transport  Methanol als Energieträger  Methanol als Energieträger

26 Folie 26/33 Methanol als Energieträger  Methanol als Energieträger  Methanol als Energieträger Regenerativer Methanol-Pfad 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 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.

27 Folie 27/33 Methanol als Energieträger: Kostenvergleich von Kraftstoffen  Methanol als Energieträger  Methanol als Energieträger

28 Folie 28/33 CO 2 -Reduktion in Deutschland Kyoto-Abkommen: Reduktion von Treibhausgasen (CO 2, CH 4, N 2 O, SF 6 ) in Deutschland um 21% bis 2008 bzw (gegenüber 1990) Selbstverpflichtung Deutschlands CO 2 -Emissionen zu senken è minus 25 % bis 2005 è minus 30 % bis 2010 (gegenüber 1990) CO 2 -Emissionen Deutschland: 1990: 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 CO 2 )  CO 2 -Reduktion  CO 2 -Reduktion

29 Folie 29/33 CO 2 -Emission im Verkehrssektor  CO 2 -Reduktion  CO 2 -Reduktion Quelle:

30 Folie 30/33 CO 2 -Reduktion: Einsatz von Methanol Wieviel CO 2 -Emissionen können durch den Einsatz von Methanol im Verkehrssektor vermieden werden? Fossiler Methanol (1) Fossiler Methanol aus Erdgas: 69,1 g CO 2 /MJ Vermiedende CO 2 -Emissionen im Vergleich zum Benzin: 17,3 g CO 2 /MJ Substitution von ca. 3 t Benzin senken CO 2 -Emission um 1 t Regenerativer Methanol (2) Regenerativer Methanol aus Biomasse (Holz): 9,1 g CO 2 /MJ Vermiedende CO 2 -Emissionen im Vergleich zum Benzin: 77,3 g CO 2 /MJ Substitution von ca. 0,65 t Benzin senken CO 2 -Emission um 1 t è CO 2 -Emissionen werden bei Herstellung von regenerativen Methanol aus Biomasse gegenüber fossilen Methanol aus Erdgas um den Faktor 8 gesenkt  CO 2 -Reduktion  CO 2 -Reduktion

31 Folie 31/33 CO 2 -Reduktion: Einsatz von Methanol im Verkehrssektor  CO 2 -Reduktion  CO 2 -Reduktion

32 Folie 32/33 Zusammenfassung und Ausblick  Zusammenfassung und Ausblick  Zusammenfassung und Ausblick è Bedeutung des Chemierohstoffs und Energieträgers Methanol wächst è Methanol kann eine Brückenfunktion beim Übergang zu einem regenerativen Kraftstoffsystem einnehmen è In Zukunft sollte Methanol eine bedeutendere Rolle zugewiesen werden

33 Folie 33/33 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“, 18 th 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“, Institute) (Methanex)


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