Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Methanol ist ein wichtiger Baustein für chemische Synthesen und kann als Kraftstoffzusatz verwendet werden. Es wird derzeit in Großanlagen aus Synthesegas (CO, H2, CO2) hergestellt, das überwiegend aus Erdgas gewonnen wird. Die üblicherweise verwendete Technologie der Hochdruck-Methanolsynthese ist jedoch nicht für kleine, dezentrale biogene CO2-Quellen geeignet, da sie bei einer Verkleinerung unverhältnismäßig teurer wird. Ziel dieses Projekts ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von Methanol zu entwickeln, das für kleine, dezentrale Biogasanlagen geeignet ist. Um die Wettbewerbsfähigkeit der neuartigen Methanol-Produktionsroute zu bewerten, werden ihre Effizienz, ihre Kosten und ihr CO2-Minderungspotenzial mit denen anderer möglicher Verwendungsmöglichkeiten von Biogas verglichen.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Methanol is an important building block for chemical syntheses and can be used as fuel additive. It is currently produced in large-scale plants from synthesis gas (CO, H2, CO2), which is predominantly derived from natural gas. However, the commonly used technology of high-pressure methanol synthesis is not suitable for small, decentralized biogenic CO2 sources, as it becomes disproportionately more expensive in a scale-down.The aim of this project is therefore to develop a process for producing methanol that is suitable for small scale, decentralized biogas plants. To assess the competitiveness of the novel methanol production route, its efficiency, cost and CO2 mitigation potential will be compared with that of other possible uses of biogas.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Le méthanol est un élément constitutif important pour les synthèses chimiques et peut être utilisé comme additif pour les carburants. Il est actuellement produit dans des usines à grande échelle à partir du gaz de synthèse (CO, H2, CO2), qui est principalement dérivé du gaz naturel. Cependant, la technologie couramment utilisée pour la synthèse du méthanol à haute pression n'est pas adaptée aux petites sources de CO2 biogène décentralisées, car elle devient disproportionnellement plus coûteuse lors d'une réduction d'échelle. Pour évaluer la compétitivité de la nouvelle voie de production de méthanol, son efficacité, son coût et son potentiel d'atténuation du CO2 seront comparés à ceux d'autres utilisations possibles du biogaz.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Nutzung von Biogas ist ein wesentliches Element für die Entwicklung eines sauberen und erneuerbaren Energiesystems. Trotz der breiten Verfügbarkeit dieses Rohstoffs gibt es keine marktbeherrschende Standardtechnologie für die Verwertung von Biogas. Die vorliegende Studie vergleicht die Möglichkeiten der Verwertung von Biogas in Strom, Methan und Methanol. Zunächst werden die drei Technologien zur Erzeugung dieser Energieträger verglichen, um die Zielkosten für Biogas zu ermitteln. Anschließend werden die Möglichkeiten zur Erzielung eines zusätzlichen Gewinns durch die Kopplung von Biogasnutzung und Energiespeicherung mittels Power-to-X bewertet. Es zeigte sich, dass die Auswahl der besten Technologie stark von den Marktbedingungen abhängt. In jedem Fall erscheinen flexible Verfahren, die die Verwertung des verfügbaren biogenen CO2 einschließen, günstiger, da sie eine Anpassung der Produktlieferung an die Marktbedingungen ermöglichen. Auf der Grundlage der angenommenen Marktbedingungen (d.h. billiger Strom im Sommer und teurer im Winter) wurde festgestellt, dass Methan der Energieträger der Wahl für die Stromerzeugung ist, während Methanol die beste Lösung für die saisonale H2-Speicherung ist. Die Studie konzentriert sich dann auf die Methanolerzeugung und untersucht, welcher Prozessweg sich am besten für Anwendungen im kleinen Maßstab eignet. Es wurde festgestellt, dass die lokale Dampfreformierung die beste Technologie in Bezug auf den Prozessgewinn ist. Allerdings hat diese Technologie einen erheblichen Kohlenstoff-Fußabdruck, der keine wesentliche Verbesserung der Nachhaltigkeit der Methanolproduktion ermöglicht. Daher wurde festgestellt, dass die direkte Methanolerzeugung aus biogenem CO2 und erneuerbarem H2 vorteilhaft wäre, vorausgesetzt, dass neue Technologien entwickelt werden, die die Investitionskosten für diesen Prozessweg senken.
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Schlussbericht
(Englisch)
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Biogas utilization is an essential element of the development of a cleaner and renewable energy system. Despite the broad availability of this raw material, a standard technology for biogas valorisation is not dominant on the market. This study compares the possible valorisation of biogas in electricity, methane and methanol. First, the three technologies to produce these energy carriers are compared to determine the target biogas cost. Then, the possibility of achieving additional profit by coupling biogas utilisation and energy storage via power-to-X are assessed. It was found that the selection of the best technology strongly depends on the market conditions. In any case, flexible processes including the valorisation of the available biogenic CO2 appear more convenient, because they allow the adaptation of the product delivery to the market conditions. On the base of the assumed market conditions (i.e. cheap electricity in summer and expensive in winter), it was determined that methane is the energy carrier of choice for electricity production, while methanol is the best solution for seasonal H2 storage. The study then focused on methanol production, assessing which process route adapts best to small-scale applications. It was found that the localized steam reforming is the best performing technology in terms of process profit. However, this technology has an important carbon footprint, not allowing a significant improvement of the methanol production sustainability. Hence, it was determined that the direct methanol production from biogenic CO2 and renewable H2 would be beneficial, provided that new technologies reducing the investment costs of this process route are developed.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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La valorisation du biogaz est un élément essentiel du développement d'un système énergétique plus propre et renouvelable. Malgré la grande disponibilité de cette matière première, une technologie standard de valorisation du biogaz n'est pas dominante sur le marché. Cette étude compare les possibilités de valorisation du biogaz en électricité, méthane et méthanol. Tout d'abord, les trois technologies permettant de produire ces vecteurs énergétiques sont comparées afin de déterminer le coût cible du biogaz. Ensuite, la possibilité d'obtenir un bénéfice supplémentaire en couplant la valorisation du biogaz et le stockage de l'énergie via le power-to-X est évaluée. Il a été constaté que le choix de la meilleure technologie dépend fortement des conditions du marché. Dans tous les cas, les processus flexibles incluant la valorisation du CO2 biogénique disponible semblent plus appropriés, car ils permettent d'adapter la livraison du produit aux conditions du marché. Sur la base des conditions de marché supposées (c'est-à-dire une électricité bon marché en été et chère en hiver), il a été déterminé que le méthane est le vecteur énergétique de choix pour la production d'électricité, tandis que le méthanol est la meilleure solution pour le stockage saisonnier d'H2. L'étude se concentre ensuite sur la production de méthanol, en évaluant quelle voie de procédé s'adapte le mieux aux applications à petite échelle. Il s'avère que le reformage à la vapeur localisé est la technologie la plus performante en termes de rentabilité du procédé. Cependant, cette technologie a une empreinte carbone importante, ne permettant pas une amélioration significative de la durabilité de la production de méthanol. Par conséquent, il a été déterminé que la production directe de méthanol à partir de CO2 biogénique et de H2 renouvelable serait bénéfique, à condition que de nouvelles technologies réduisant les coûts d'investissement de cette voie de procédé soient développées.
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