Techno-ökonomische Bewertungen von Power-to-Methanol Prozessen

Die Bedeutung Methanols als ein Grundbaustein der chemischen Industrie, und somit zahlreicher Folgeprodukte, sowie als Medium zur chemischen Speicherung von Elektroenergie wird in den kommenden Jahrzehnten stetig zunehmen. Daher kommt der Entwicklung nachhaltiger Produktionsprozesse zur Herstellung von erneuerbarem Methanol besondere Aufmerksamkeit zu. Mit Hilfe der direkten Kopplung eines protonenleitenden Dampfelektrolyseurs (H-SOEC) zur Erzeugung hochreinen Wasserstoffs mit einer heterogen katalysierten Direktsynthese von Methanol, basierend auf CO2 aus anthropogenen Quellen sowie regenerativ erzeugtem Strom, lässt sich ein attraktiver Pfad zur Herstellung dieses flüssigen Energieträgers darstellen.

Für einen effizienten und wirtschaftlichen Einsatz sogenannter Power-To-Methanol Prozesse sind insbesondere hohe Systemwirkungsgrade sowie geeignete Konzepte zur System- und Wärmeintegration für wechselnde Betriebsbedingungen von großer Bedeutung. Methoden der verfahrenstechnischen Modellierung und Simulation von Dampfelektrolyseuren und Power-to-Methanol Systemen erlauben wertvolle Voraussagen des jeweiligen Betriebsverhaltens unter stationären und dynamischen Bedingungen und die Ableitung geeigneter Prozessdaten zur Nutzung in weiterführenden technischen und wirtschaftlichen Analysen.

Arbeitsfelder:

• skalenübergreifende Modellierung und Simulation von Power-To-Methanol Prozessen und deren Einzelprozesse (2D/3D FEM, Dynamische Systeme)
• transiente Modellierung und Simulation des gekoppelten Stoff-, Wärme- und Ladungstransportes Hochtemperaturelektrolysezellen
• transiente und echtzeitfähige Modellierung und Simulation stark gekoppelter Power-to-Methanol Systeme mit besonderem Fokus auf Prozessregelung
• techno-ökonomische Studien der Systeme für erneuerbare Produktionsumgebungen

Publikationen

• Fogel, S.; Kryk, H.; Hampel, U.
  Simulation of the transient behavior of tubular solid oxide electrolyzer cells under fast load variations
  International Journal of Hydrogen Energy 44 (18), 9188–9202, (2019), DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.02.063
• Fogel, S.; Unger, S.; Hampel, U.
  Dynamic system modeling and simulation of a power-to-methanol process based on proton-conducting tubular solid oxide cells
  Energy Conversion and Management (300), 117970, (2024), DOI: 10.1016/j.enconman.2023.117970
• Fogel, S.; Unger, S.; Hampel, U.
  Operating windows and techno-economics of a power-to-methanol process utilizing proton-conducting high temperature electrolyzers
  Journal of CO2 Utilization (82), 102758, (2024), DOI: 10.1016/j.jcou.2024.102758
• Fogel, S.; Unger, S.; Hampel, U.
  P2M systems based on proton-conducting solid oxide cells: Future prospects and costs of renewable methanol production
  Energy Conversion and Management: X (32), 100666, (2024), DOI: 10.1016/j.ecmx.2024.100666