Nach Tour-Stopps in Mumbai, Shanghai, New York City, São Paulo und Barcelona macht die Creator Space™ tour vom 20. bis 30. November 2015 ihren letzten Halt in Ludwigshafen. Im Rahmen des Creator Space™ Summit zum Thema „Wie sieht die Energieversorgung der Zukunft aus?“ hielt Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner, Erfinder von Power-to-Gas, OTH Regensburg, den Vortrag „Woher kommt der Strom für die strombasierte Chemieindustrie? - Die Zukunft unserer Energie- und Rohstoffversorgung“. Weitere Informationen zum Creator Space™ Summit erhalten Sie unter https://creator-space.basf.com/content/basf/creatorspace/de/events/creator_space_lu_summit.html

1. Woher kommt der Strom für die strombasierte Chemieindustrie?
Die Zukunft unserer Energie- und Rohstoffversorgung
Key-Note
Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner et al.
Creator SpaceTM tour
Ludwigshafen
150 Jahre BASF
Ludwigshafen
23. November 2015

2. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 2
OTH Regensburg – seit 170 Jahren Lehrbetrieb
Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg
Über 10.000 Studierende
Ca. 1.000 Professoren, Mitarbeiter, Lehrbeauftragte
6 Technische Fakultäten, BWL, Sozialwesen

3. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 3
Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse

4. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 4
„Die Wirtschaft ist & bleibt eine 100% Tochterfirma der Umwelt“
Quelle: Getty Images, Autobahnkreuz Deggendorf 2013
G-7: Dekarbonisierung der größten Industrienationen bis 2050

5. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 5
Dekarbonisierung = Ausstieg aus Kohle, Öl und Gas
Energiebedingte Emissionen zw. 1750 und 2010
Quelle: National Oceanic and Atmospheric Administration Washington D. C., 2013
 Energiewende &
Dekarbonisierung
Nicht „ob“, sondern „wann“
 Chemie nicht mehr „top-down“,
sondern „bottom-up“

6. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 6
Gesellschaftliche Strömungen
Grundgesetz - Artikel 20a
„Der Staat schützt auch in Verantwortung für die künftigen Generationen die
natürlichen Lebensgrundlagen.“
Papst Franziskus - Enzyklika „Lauda tu si“
„ein Verbrechen gegen die Natur zu begehen (Klimawandel),
ist eine Sünde gegen uns selbst und gegen Gott“
Dalai Lama – Ethik ist wichtiger als Religion
„Klimawandel ist nur global zu lösen. Egoismus,
Nationalismus und Gewalt sind der falsche Weg.
Wichtigste Frage: wie können wir einander dienen?“
The Guardian – Divestment-Bewegung
„Fossile Energie De-investieren“
Quelle: Grundgesetz für die BRD vom 23. Mai 1949, zuletzt geändert 11.07.12

7. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 7
Energiewende =
Stromwende
+ Wärmewende
+ Mobilitätswende
Rohstoffwende =
Chemiewende

8. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 8
Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse

9. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 9
Erneuerbarer Strom wird zur Primärenergie  Sektorenkopplung
Quelle: Sterner, Stadler, 2014

10. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 10
Wir brauchen Flexibilitäten
1. Hoch flexible Kraftwerke,
BHKW
2. Flexible Verbraucher
3. Stromnetze
4. Speicher
Kurzzeit (Pumpspeicher + Batterien)
Langzeit (Gasnetz + Gasspeicher)
Wind & Solar schaffen Energiewende nicht alleine
 Power-to-Gas  GasspeicherWind Solar
Quelle: Sterner, IWES, 2010

11. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 11
Ungeplante Stromflüsse 2011/12:
Ringfluss Ost-D.  Polen  CZ  Bayern
Fehlende Stromtrassen  Netzengpässe  Handel beschränkt
Erdkabel: Mehrkosten 15 Mrd. €, “Abfallstrom” < 1 Mrd. €/a
Quelle: Ahmels, 2011, NEP 2014, Stand 11/14, eigene Ergänzungen
Netzausbau mit Atomausstieg verbunden
Verzögerte Planungen gefährden Ausstieg
Heimatenergie: Was vor Ort hergestellt wird,
muss nicht transportiert werden
Ballungs-
zentrum

12. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 12
Netzstrukturen der Zukunft? 1 Option: Zellularer Ansatz
Vernetzte
Energiezellen
Weitgehende
Autarkie
Überregionaler
Ausgleich min.
Ausregelung von
Erzeugung und
Verbrauch auf
niedrigster
Ebene
Quelle: VDE, 2015

13. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 13
Netze = räumlicher Ausgleich / Speicher = zeitlicher Ausgleich
Entwicklung der Stromüberschüsse bis 100 % EE
Quelle: Sterner, Stadler, 2014
Nur über Speicher machbar
Mit Speicher günstiger
als ohne!
Räumlicher Ausgleich
(Netzausbau)
ZeitlicherAusgleich

14. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 14
Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse

15. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 15
Was sind Energiespeicher?
Kohlehalden
Wärme-
speicher
Pump-
speicher
... viel mehr als Batterien!
Quelle: Sterner, Stadler, 2014, add. pictures
Gasspeicher

16. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 16
Alle Speicher haben ihren Platz
Speicherkapazitäten vs. Ausspeicherdauern
Quelle: Sterner, Stadler, 2014

17. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 17Quelle: Younicos AG, 2014
Batteriekraftwerk zur Netzstabilisierung sinnvoll
Größter EU Speicher der Stadtwerke WEMAG & Younicos AG

18. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 18
Hausbatteriesysteme: Anzahl steigt, Preise fallen
Entwicklung - Preissenker Elektromobilität
Quelle: Sterner et al, 2015 - Batteriestudie für BEE / HMI
Zubau Hausspeicher

19. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 19
Gasspeicher sind ausreichend vorhanden
Die Infrastruktur zum Energietransport ebenfalls
66 GW Gaskraftwerke
 3 Monate Versorgung sichern
Speicherkapazität:
ca. 337 TWh
= 337 Mrd. kWh
= ca. 70 Mrd.
Hausbatteriespeicher
(vereinfacht)
= ca. 5000 x alle deutschen Pumpspeicher
Pumpspeicher
Gasspeicher
Batterien
(42 Mio. Kfz (Theorie)
Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015
H2: 2 % möglich, perspekt. 10 %, verbrauchsabh. begrenzt
Methan: 100 % bereits heute unbegrenzt möglich

20. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 20
Quelle: Sterner, 2009
Specht et al, 2010
Power-to-Gas Das Original
Energiespeicherung durch Kopplung von Strom- und Gasnetz
 Technische Nachbildung der Photosynthese
Quelle: Sterner, 2009
Specht et al, 2010
Sterner, M. (2009): Bioenergy and renewable power methane in integrated 100% renewable energy systems. Limiting global
warming by transforming energy systems. Kassel University, Dissertation.
http://www.upress.uni-kassel.de/publi/abstract.php?978-3-89958-798-2

21. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 21
Stromsystem mit Power-to-Gas günstiger als ohne
Erdgas vs. Windgas - Annahmen: voller Netzausbau D + EU, 100 €/t CO2
Quelle: FENES, Energy Brainpool, 2015

22. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 22
Große Windpotentiale für Stromkraftstoffe nutzen
Hohe Auslastung, kein Tank-Teller & Akzeptanzproblem
Quelle: www.segelenergie.de auf Basis von www.windatlas.dk

23. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 23
Konzept Segelenergie
1,8 € / l Methanol, 5 € / kg Wasserstoff
Bildquellen: maritime-connector.com, Voith

24. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 24
Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse

25. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 25
Grünes Gas:
Bindeglied zwischen erneuerbarer und fossiler Welt
Fossile Infrastruktur
Erhalt unserer
Investitionen
Energiewende
Nutzung von
Überschussstrom
Vermeidung von neuem
und Verwendung von
vorhandenem CO2
De-karbonisierung
Power-to-Gas
Strom
Wärme Mobilität IndustrieStrom
Gas
Gas
Wärme Mobilität IndustrieStrom
Quelle: Ostermeier, MAN, 2015

26. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 26
Erdöl + Erdgas in der chem. Industrie  DeCarbonization!
0
50
100
150
200
250
300
2013 2023 2033 2043
Energieäquvalentin
TWh
Energieverbrauch chem.
Industrie
Strombasierte Rohstoffe
(Power-to-X)
 Umsatz 184 Mrd. €,
1700 Chemieunternehmen,
430.000 Beschäftigte
Energieverbrauch 182 TWh (2011)
 Anteil Erdölnutzung: ca. 14 %
 Erdgas 3 Mio. t, vorwiegend für Wasserstoff
& Methanol
 Ersatz durch Power-to-X
Quelle: FENES – Agora Speicherstudie, 2014; UBA THGND, 2014

27. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 27Quelle: Sterner, Stadler, 2014
Grundbaustein: strombasierter Wasserstoff

28. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 28
Dekarbonisierung von Mobilität & Chemie erfordert
Power-to-X (Gas, Liquid, Heat, Chemicals)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
min max min max min max
2023 2033 2050
Verkehr
Chemie
Strom
Abschätzung zukünftiger Märkte für Power-to-Gas
in GW
Durchschn.
Stromnachfrage
(Leistung) heute
Quelle: Sterner et al, 2014 - Agora Speicherstudie

29. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 29
Inhalt
1) Dekarbonisierung = die große Transformation
2) Die Stromversorgung der Zukunft
3) Energiespeicher im Kontext Energiewende
4) Dekarbonisierung der chemischen Industrie
5) Gesamtbild und Impulse

30. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 30
Chemische Energiespeicher als zentrales Element
Quelle: Sterner, Stadler, 2014

31. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 31
Energiewende erfordert auch Speicher- & Rohstoffwende
Nicht nachhaltig,
aber verfügbar
Notwendig für
Dekarbonisierung &
Versorgungssicherheit
 Nutzen bestehender Transport- und Speicherinfrastruktur spart Kosten
 Laden: „Ladegeräte“ gebraucht! Power-to-Heat, Power-to-Gas, PtX
 Speichern & Entladen: vorhanden und erweiterbar
 Passend für Gas, Wärme, Kraftstoffe, Rohstoffe der chem. Industrie
 Sektorenübergreifende Speicherung birgt großes Potenzial
 Energiemärkte entsprechend zusammenführen und neu gestalten
 Barrieren zwischen den Sektoren abbauen (z. B. Abgaben)
Quelle: Eigene Zusammenstellung

32. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 32
Offene Fragen, Impulse und Anregungen
 Energiesystem
 Wie können erneuerbare Reserven aufgebaut werden?
 Wie sieht eine Anschubphase von defizitären aber VWL-sinnvollen Speichern aus?
 Wie sieht ein integriertes, erneuerbares Energiesystem von morgen aus?
 Energiespeicher
 Wie können Li-Batterien kostengünstiger, sicherer + recyclefähiger gebaut werden?
 Welche Materialien eignen sich, um Redox-Flow-Speicher günstiger zu machen?
 Wie lassen sich latente und thermochemische Wärmespeicher massentauglich machen?
 Dekarbonisierung Chemie
 Wie kann strombasierter Wasserstoff durch techn. Entwicklungen günstiger werden?
 Wie können die regulatorischen Barrieren zw. den Energiesektoren abgebaut werden?
 Wie kann Strom als Primärenergie in der chemischen Industrie zur Dekarbonisierung genutzt
werden?
 Welche Prozesse können wir von Erdöl und Erdgas auf Strom und CO2 bzw. andere Materialien
umstellen?

33. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 33
Wenn Sie denken, das geht alles nicht ...
„Es erscheint immer unmöglich,
bis man es gemacht hat.“

34. Prof. Dr. Sterner, OTHR, S. 34
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Michael Sterner
Forschungsstelle Energienetze und Energiespeicher (FENES)
Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg
+ 49 – (0) 941 – 943 9888
michael.sterner a oth-regensburg.de
www.othr.de/michael.sterner
www.power-to-gas.de
Vielen Dank