Techno-ökonomische Bewertung eines dezentralen und lastflexiblen Power-to-Methanol Prozesses

Eine Schlüsseltechnologie zur Erzeugung von Methanol aus erneuerbaren Energien (grünes Methanol) und gleichzeitiger Defossilisierung des Chemiesektors ist die Power-to-X-Technologie, speziell für die Methanolproduktion der Power-to-Methanol Prozess (PtM). Um eine zukünftige Substitution von fossilen Rohstoffen in der Methanolproduktion realisieren zu können, muss zunächst die Wirtschaftlichkeit der PtM-Prozesse untersucht werden. Infolgedessen war das Ziel der vorliegenden Arbeit die Recherche sowie Auswahl einer geeigneten Methodik zur Durchführung einer techno-ökonomischen Bewertung. Mit Hilfe der Simulationssoftware MATLAB wurde ein Berechnungsmodell zur techno-ökonomischen Bewertung des PtM-Prozesses entwickelt, wobei ein bereits entwickeltes transientes Modell zur Erfassung entsprechender prozesstechnischer Daten genutzt wurde. Unter Verwendung der bereitgestellten technischen Daten sowie weiteren ökonomischen Annahmen erfolgte die Ermittlung unterschiedlicher Kostenpositionen für einen Referenzfall im Jahr 2020/21. Daran anschließend wurde eine Wirtschaftlichkeitsanalyse für die gesamte Anlage durchgeführt. Es konnte nachgewiesen werden, dass sich die Investition in die PtM-Anlage nach aktuellem Kenntnisstand als nicht rentabel erweist. Grund hierfür sind die hohen Investitionskosten, die durch die Ausrüstungskosten des Elektrolyseurs dominiert werden. Anhand der erzielten Ergebnisse des Referenzfalls wurden Sensitivitätsanalysen durchgeführt, um die Einflussfaktoren zur Senkung der Herstellungskosten zu ermitteln. Dabei wurde gezeigt, dass die Ausrüstungskosten der SOEC sowie die Stromkosten einer der signifikantesten Kostenfaktoren darstellen. Um das zukünftige ökonomische Potential der PtM-Technologie zu beleuchten, wurden für Jahrzehnte 2030, 2040 und 2050 jeweils Wirtschaftlichkeitsanalysen durchgeführt. Dabei zeigten die Projektionen, dass sich der Betrieb einer PtM-Anlage unter den angenommenen Prognosen, bereits im Zeitraum zwischen 2030 und 2040 als wirtschaftlich profitabel erweist. Ebenso konnte gezeigt werden, dass sich die Herstellungskosten über den betrachteten Zeitraum bis 2050 relativ konstant bleiben. Grund hierfür ist die Verschiebung der Kostenverteilung von Investitionskosten und Betriebskosten. Während die Strompreise laut Prognosen in den nächsten Jahren weiter ansteigen werden, ist ein Sinken der Ausrüstungskosten für die SOEC anzunehmen. Die abschließende Untersuchung des dynamischen Betriebs ergab, dass eine dynamische Konfiguration der Anlage in Abhängigkeit von Strompreisgrenzen erst im Jahr 2050 wirtschaftlich rentabel sein wird. Ursächlich hierfür ist die Prognose des Anstieges des Strompreises, trotz voraussichtlicher Senkung der Ausrüstungskosten des Elektrolyseurs in den nächsten Jahren. Resümierend wurde in der vorliegenden Arbeit das aktuelle und zukünftige wirtschaftliche Potential der PtM-Technologie mittels einer techno-ökomischen Bewertung erfasst.