Solar Fuels für Äthiopien: Aufbau eines Kompetenzzentrums für Power-to-X

Projektziele

• Realisierung einer Power-to-X Forschungs- und Demonstrationsanlage, welche den Solarstrom einer Photovoltaikanlage in Methanol umwandeln kann.
• Aufbau eines Kompetenzzentrums für Power-to-X, welches jährlich 10+ Spezialisten ausbildet.
• Erarbeitung von Modell-Konzepten für die konkrete Umsetzung von Power-to-X -Anlagen zur Produktion solarer Brennstoffe als Ersatz von Biomasse als Hauptenergiequelle in abgelegenen Regionen Äthiopiens.
• Erarbeitung der Grundlagen für die Vermarktung von CO2-Zertifikaten aus P2X Projekten in Äthiopien.

Phase I (2022)

In der Planungsphase werden die Grundlagen für die anschliessende Realisierungsphase geschaffen. Dafür wird im Rahmen einer erweiterten Machbarkeitsstudie ein Variantenstudium für die Forschungs- und Demonstrationsanlage durchgeführt und zum Schluss eine Bestvariante ausgewählt und vertieft. Zudem wird das Konzept für ein Forschungs- und Lehrprogramm P2X entwickelt und es werden offene Fragen zu Organisation, Finanzierung und Trägerschaft der nächsten Projektphasen beantwortet.

Phase II (2023 – 2024)

In der Realisierungsphase geht es um die Erstellung der Forschungs- und Demonstrationsanlage, welche zuvor in Phase I als Bestvariante ausgewählt wurde. Phase II umfasst voraussichtlich das externe Beschaffen und die interne Entwicklung einzelner Systemkomponenten sowie den Bau und die Inbetriebnahme der Komponenten und Gesamtanlage.

Phase III (2024 – 2026)

In der Forschungsphase werden die Forschungsarbeiten gemäss Forschungsprogramm durchgeführt und der Lehrbetrieb gestartet. Als wesentlicher Forschungsschwerpunkt sollen zudem Modell-Konzepte für die konkrete Umsetzung in Äthiopien erarbeitet sowie die Voraussetzungen für CO₂-Kompensation im Ausland erarbeitet werden.

Ergebnisse Phase I

Das Projektteam bewertete sechs Power-to-X-Pfade (Wasserstoff, Methan, Methanol, DME, Benzin und Ammoniak), wobei Power-to-Methanol die höchste Einzelpunktzahl erzielte, auch wenn die Differenz relativ gering war.

Insgesamt bestätigte die Bewertung den ursprünglichen Plan, eine Power-to-Methanol-Forschungs- und -Demonstrationsanlage zu bauen, und gab keinen triftigen Grund, das Zielprodukt zu ändern. Die Gründe dafür sind komplex. Es fällt jedoch auf, dass die als vielversprechender angesehenen Pfade diejenigen sind, die heute als "klassische" Kraftstoffe gelten, wie DME, Benzin und im weiteren Sinne Methanol. Der Vorteil liegt vor allem darin, dass diese Stoffe bereits heute in einer Vielzahl von Geräten und Maschinen eingesetzt werden und daher nur vergleichsweise geringe Änderungen nicht nur an diesen Geräten, aber auch an der Infrastruktur erfordern würden.

Um alle erforderlichen Hauptkomponenten richtig dimensionieren zu können, wurden Anwendungsfälle definiert. Diese haben zu unterschiedlichen Anforderungen an die Komponenten geführt. Diese Anforderungen wiederum, wie die benötigte Leistung oder das Speichervolumen, haben einen direkten Einfluss auf die Kosten. Ein Teil der Auslegungsdaten stammt aus dem eigens entwickelten IET Power-to-X-Tool (Auslegungssoftware).

Die wichtigsten Ergebnisse aus Phase I sind:

• Die maximale Wasserstoffproduktionsrate des Elektrolyseurs beträgt 4 Nm3/h
• 1.5 m³ Wasserstoffspeicher bei 30 bara
• PV festgesetzt auf 100 kWp (500 m²)
• Ca. 1 L/h Methanol kann produziert werden
• 24-Stunden-Produktion machbar

Die geschätzten Investitionskosten für die oben beschriebene Demonstrationsanlage betragen ca. 2 Mio. €.