Meer dan 40 procent van het elektriciteitsverbruik in Duitsland werd in 2018 werd opgewekt uit regeneratieve energie. Veel meer dan in Nederland, waar dit aandeel op 6,6 procent ligt.  Het leeuwendeel werd geleverd door windturbines maar ook het aandeel zonne-energie nam toe. Meer dan de helft van de elektriciteit wordt echter nog steeds opgewekt uit fossiele brandstoffen. Landen als Costa Rica zijn in dit opzicht al verder dan Duitsland.

Het Midden-Amerikaanse land heeft de afgelopen jaren zijn hernieuwbare energie enorm uitgebreid. De elektriciteit voor het steeds toenemende aantal e-auto’s wordt ook volledig uit hernieuwbare bronnen opgewekt. Costa Rica dekt nu meer dan 99 procent van zijn totale elektriciteitsbehoefte uit hernieuwbare energiebronnen – en de zon speelt slechts een kleine rol. Het grootste deel van de elektriciteit (78 procent) wordt opgewekt uit waterkracht, ongeveer tien procent elk uit wind- en geothermische energie, terwijl zonne- en bio-energie slechts een verwaarloosbaar aandeel van iets minder dan een procent hebben.

In 2030 heeft de Duitse regering zich ook tot doel gesteld om 65 procent van de energiebehoefte uit groene stroom te produceren, onder andere via Power-to-X (PtX). In een PtX-systeem wordt elektriciteit die in overvloed en onder bijzonder gunstige wind- of zonneomstandigheden wordt geproduceerd, omgezet voor andere toepassingen. Dit omvat de omzetting van elektriciteit in warmte (Power-to-Heat, PtH), in gas (Power-to-Gas, PtG), in chemische producten (Power-to-Chemicals, PtC) of in brandstoffen (Power-to-Fuel, PtF).

Om de mogelijkheden van de verschillende technologieën verder te onderzoeken, heeft het ministerie van Economische Zaken, Innovatie, Digitalisering en Energie van de deelstaat Noordrijn-Westfalen (NRW) de afgelopen jaren een project van het instituut “Elektriciteit naar gas en warmte” gefinancierd. In dit virtuele instituut werken zeven onderzoeksinstellingen van NRW (waaronder Fraunhofer UMSICHT, Ruhruniversiteit Bochum RUB en Forschungszentrum Jülich) namens de deelstaatregering aan de verdere ontwikkeling van deze flexibiliteitsmaatregelen, rekening houdend met de energiemarkt, de stabiliteit van het net en het voortdurend groeiende totale systeem. De eerste resultaten van de jaren 2015 tot 2017 zijn nu gepubliceerd.

Power-to-x technologie

Met de nadruk op transport en industrie hebben de onderzoekers de mogelijkheid overwogen om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen in langetermijnscenario’s met behulp van verschillende strategieën van Power-to-X-technologieën en hebben zij deze resultaten verwerkt in een geïntegreerde elektriciteitsmarkt en een geïntegreerd netmodel.

Verder werden er locatieanalyses voor Power-to-X centrales uitgevoerd en de analyse door Fraunhofer UMSICHT beschrijft een “3-pijler model” bestaande uit het directe gebruik van elektriciteit voor energie-intensieve processen, methoden waarmee moeilijk te verwerken hulpbronnen kunnen worden aangeboord en zogenaamde “Carbon Capture and Utilisation (CCU) processen”. In deze CCU-processen wordt waterstof geproduceerd met behulp van elektrische stroom, die gebruikt kan worden om CO2-chemische grondstoffen en zelfs brandstoffen te produceren.

Als onderdeel van de experimenten bouwde en bestelde Forschungszentrum Jülich een faciliteit voor het demonstreren van power-to-gas technologie. Naast elektrolyse en een demonstratie van het PtG-proces op basis van chemische methaanproductie, hebben de wetenschappers van Fraunhofer UMSICHT ook een biologisch proces onderzocht voor de productie van methaan uit CO2 in een speciaal voor dit doel ontwikkelde proeffabriek. Er werden bacteriën gebruikt die CO2 en waterstof onder anaerobe omstandigheden tot methaan kunnen verwerken. Net als bij chemische methanalisatie werd de waterstof geleverd door middel van elektrolyse. De resultaten van het onderzoek hebben aangetoond dat het materiaaltransport naar de micro-organismen doorslaggevend is voor de implementatie van het proces en verbeterd moet worden voor een industriële implementatie.

Op basis van de onderzoeksresultaten heeft het consortium geadviseerd om PtX-systemen te integreren als onderdeel van de verdere ontwikkelingen. “De samenvoeging van zeven verschillende onderzoeksinstellingen uit NRW heeft aangetoond dat samenwerking op deze basis zeer effectief kan zijn. De bundeling van de verschillende competenties resulteert in een duidelijke meerwaarde voor Duits energieonderzoek”, vat Dr. Thomas Marzi, hoofd van de afdeling Ideeënfabriek van Fraunhofer UMSICHT, samen. In een gepland vervolgproject zal Fraunhofer UMSICHT de PtX-technologieën voor de productie van chemicaliën voor de chemische industrie verder ontwikkelen.

Foto’s: Pixabay