Techno-ökonomische Analyse alternativer Wasserstoffinfrastruktur

  • Techno-economic analysis of hydrogen infrastructure alternatives

Reuß, Markus Eduard; Stolten, Detlef (Thesis advisor); Moser, Albert (Thesis advisor)

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek, Verlag (2019)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriften des Forschungszentrums Jülich. Reihe Energie & Umwelt/Energy & environment 467
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (205 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019

Kurzfassung

Die Dekarbonisierung des Verkehrssektors stellt eine der größten Herausforderungen der Energiewende nach dem Pariser Klimaabkommen dar. Sektorenkopplung in Kombination mit einem Wechsel der Antriebstechnologie hin zu Fahrzeugen mit Batterie- oder Brennstoffzellenantrieb bietet eine potenzielle Lösung. Für die Versorgung von Brennstoffzellenfahrzeuge sind jedoch viele unterschiedliche Technologien sowie Kombination aus diesen verfügbar. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Bewertung von Wasserstoffinfrastrukturoptionen zur Versorgung des Mobilitätssektors mit Wasserstoff durchzuführen und dabei relevante Technologien für zukünftige Versorgungssysteme für eine auf Wasserstoff basierte Mobilität in unterschiedlichen Regionen zu identifizieren. Des Weiteren gilt es, den Einfluss regionaler Rahmenparameter auf die Technologieauswahl zu erarbeiten sowie Schlussfolgerungen hinsichtlich der Übertragbarkeit von Ergebnissen zu liefern. Um diese Ziele zu erreichen, wurde in einem ersten Schritt ein techno-ökonomisches Bewertungsmodell entwickelt, das in abstrakter Weise unabhängig von regionalen Besonderheiten Anwendungsgebiete von Technologieoptionen identifizieren kann. Der größte Anwendungsbereich fällt dabei auf die Speicherung per Salzkaverne, der Transmission per Pipeline zu einem Hub und der anschließenden Distribution per GH2-Trailer an die Tankstelle. Ein hoher Wasserstoffabsatz begünstigt dabei effiziente, aber investitionsintensive Systeme wie Salzkaverne und Pipeline. In einem zweiten Schritt wurde das Modell um GIS-basierte Verfahren erweitert, um regionale Infrastrukturen analysieren zu können. Diese wurden auf die Länder Deutschland, Frankreich und Japan angewandt und für drei Marktdurchdringungsszenarien analysiert (25 %, 50 % und 75 %). Die individuellen Rahmenbedingungen jedes Landes besitzen stets Einfluss auf die Technologieauswahl. Insbesondere geologische Großspeicher sowie Transmissionspipelines stellen allerdings Schlüsseltechnologien für Wasserstoffversorgungssysteme dar. Flüssigwasserstofftransport per LKW ist die günstigste Alternative zum Pipelinetransport und kann bei Fehlen geologischer Großspeicher zur günstigsten Technologieoption werden. Die vielversprechende LOHC-Technologie benötigt für den Logistikeinsatz zur Versorgung einer 700 bar Mobilität weiteren Forschungsbedarf, insbesondere in der Bereitstellung CO2 armer Wärme für die Dehydrierung. Für alle untersuchten Technologiepfade bieten Brennstoffzellenfahrzeuge CO2-arme Mobilität, wobei bei hohen Wasserstoffumsätzen die kostengünstigste Option mit den niedrigsten CO2-Emissionen einhergeht.

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