ReWAX – Reduzierte Wärmepumpenauslegung durch X-to-Energy für Spitzenlastdeckung

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: SI/502836

Description succincte (Allemand)

In diesem Projekt wird untersucht, welche Rolle Power-to-X Energieträger bei der Abdeckung von Spitzenlasten in Wärmepumpen-Heizsystemen spielen können. Dabei werden verschiedene Optionen für die Energieträger X analysiert, deren Vor- und Nachteile aufgezeigt und auf Grund von vorab definierten Auswahlkriterien die vielversprechendsten Optionen ermittelt. Auf Grund dieser Analysen wird eine verfügbare Technologie ausgewählt und im System-Teststand des SPF mit einer Wärmepumpe kombiniert und unter realitätsnahen Bedingungen getestet. Neben der technischen und ökologischen Bewertung der Technologien, werden Wirrtschaftlichkeitsbetrachtungen durchgeführt. Die Studie liefert Grundlagen, um die derzeit oft durch Erdöl oder Erdgas abgedeckte Spitzenlast durch gespeicherte erneuerbare Energieträger X zu ersetzen, die Kapitalkosten im Vergleich zu monovalenten Wärmepumpen-Heizungen zu senken, und den Strombedarf in diesen Systemen in der kältesten Jahreszeit zu reduzieren.

Description succincte (Anglais)

This project investigates the role that Power-to-X energy carriers can play in covering peak loads in heat pump heating systems. Various options for energy carriers X are analyzed, their advantages and disadvantages are identified and the most promising options are determined based on predefined selection criteria. Based on these analyses, an available technology is selected and combined with a heat pump in the SPF system test stand and tested under realistic conditions. In addition to the technical and ecological evaluation of the technologies, economic efficiency considerations are also carried out. The study provides a basis for replacing peak loads that are currently often covered by oil or gas with stored renewable energy sources X, for reducing capital costs compared to monovalent heat pump heating systems, and for reducing the electricity demand in these systems during the coldest season.

Description succincte (Français)

Ce projet étudie le rôle que peuvent jouer les vecteurs énergétiques Power-to-X pour couvrir les pics de charge dans les systèmes de chauffage par pompe à chaleur. Différentes options sont analysées pour les vecteurs énergétiques X, leurs avantages et inconvénients sont mis en évidence et les options les plus prometteuses sont déterminées sur la base de critères de sélection prédéfinis. Sur la base de ces analyses, une technologie disponible est sélectionnée et combinée avec une pompe à chaleur dans le banc d'essai du SPF et testée dans des conditions proches de la réalité. Outre l'évaluation technique et écologique des technologies, des analyses de rentabilité sont effectuées. L'étude fournit des bases pour remplacer la charge de pointe, actuellement souvent couverte par le pétrole ou le gaz naturel, par des sources d'énergie renouvelables stockées X, pour réduire les coûts d'investissement par rapport aux systèmes de chauffage monovalents à pompe à chaleur et pour réduire les besoins en électricité de ces systèmes pendant la saison la plus froide de l'année.

Publications / Résultats (Allemand)

Eine vergleichende Bewertung von sieben Power-to-X-Energieträgern – Wasserstoff, Methan, Methanol, Ammoniak, LOHC, Eisen und Aluminium für den Einsatz zur Deckung als Spitzenlast in bivalenten Gebäudeheizsysteme– wurde anhand technischer, wirtschaftlicher, ökologischer und sicherheitsrelevanter Kriterien durchgeführt. ReMEC-Energieträger (Aluminium und Eisen) zeigten für Power-to-Energy (Heat and Power) die höchsten Umwandlungswirkungsgrade und Speicherdichten, während Wasserstoff eine hohe gravimetrische Energiedichte, aber geringe Gesamteffizienz aufwies. Methan erwies sich als kosteneffizient in verschiedenen Produktionsszenarien; bei Ammoniak- und Eisen zeigten die berechneten Energieträgerkosten (Levelized cost of X, LCOX) eine vergleichsweise geringe Sensitivität gegenüber Strompreisschwankungen. Wasserstoff hatte für diese Anwendung den niedrigsten CO2-Fussabdruck (~18 g CO2-eq/MJ of electric and thermal energy), dicht gefolgt von Methan und den ReMEC Kandidaten. Kein erneuerbarer Energieträger dominierte in allen Kategorien; die Eignung hängt vom Anwendungsfall ab. Als Nächstes folgen Systemsimulationen und eine Kosten-Nutzen Analyse zur Integration mit Wärmepumpensystemen.

Publications / Résultats (Anglais)

A comparative evaluation of seven Power-to-X energy carriers —hydrogen, methane, methanol, ammonia, LOHC, iron, and aluminium —was conducted across technical, economic, environmental, and safety criteria. ReMECs (aluminium and iron) showed the highest process efficiency and storage density, while hydrogen offered high gravimetric energy but low roundtrip efficiency. Methane emerged as a cost-resilient option at various scales; ammonia and iron showed low sensitivity to electricity prices. Hydrogen had the lowest carbon footprint (~18 g CO2-eq/MJ), with methane and ReMECs close behind. No single option dominated all categories; application context determines suitability. Next, system simulations and cost– benefit analysis will assess integration with heat pump systems.

Documents annexés

• Interim report 2025_english [PDF] 7'428 kB

Publications / Résultats (Français)

Une évaluation comparative de sept vecteurs énergétiques Power-to-X — hydrogène, méthane, méthanol, ammoniac, LOHC, fer et aluminium — a été menée selon des critères techniques, économiques, environnementaux et de sécurité. Les ReMEC (alu et fer) ont présenté la meilleure efficacité de conversion et densité de stockage, tandis que l’hydrogène offrait une densité massique élevée mais une faible efficacité globale. Le méthane s’est révélé robuste en coût à différentes échelles ; l’ammoniac et le fer étaient peu sensibles au prix de l’électricité. L’hydrogène a montré la plus faible empreinte carbone (~18 g CO2-éq/MJ), suivi du méthane et des ReMEC. Aucun vecteur ne domine toutes les catégories ; le choix dépend du contexte. La suite du projet inclut des simulations système et une analyse coûts-bénéfices pour leur intégration avec des pompes à chaleur.