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Energiewende

Smart Energy

Erneuerbare Energien haben sich zu einem ernstzunehmenden Teil des Energiemixes entwickelt. Die Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien – einschließlich Wasserkraft – wird sich nach Angaben der International Energy Agency bis zum Jahr 2040 weltweit verdreifachen. Wir bei thyssenkrupp wollen bei der Energiewende eine wichtige Rolle einnehmen.

Zu unseren Zielen gehört es, die Erneuerbaren Energien zuverlässig zu machen. Dass die Erneuerbaren je nach Wetterlage noch unterschiedlich viel Strom produzieren, wollen wir durch innovative Speichertechnologien beherrschbar machen. Volatilität war gestern. Weitere Schwerpunkte sind unser Projekt Carbon2Chem sowie das Lastmanagement, also die Anpassung des Verbrauchs an das Energieangebot.

Bei unseren eigenen Prozessen haben wir uns anspruchsvolle Energieeffizienz-Ziele gesetzt. Wir wollen bis 2020 unsere Effizienz um 3,5 Terawatt verbessern. Das entspricht ungefähr 1,3 Millionen Tonnen CO2.

Zahlen und Fakten

  • mehr als 45 Prozent

    steigt der Primärenergieverbrauch bis 2030

  • über 30 Prozent

    wird Strom 2030 aus regenerativen Quellen erzeugt

  • mehr als 5 Gigawatt

    beträgt das Lastmanagement-Potential der deutschen Industrie

Deutschland 2012 2030
Photovoltaik 33 GW ~58 GW
Windenergie 31 GW ~80 GW
Anteil der erneuerbaren Energien am Energiemix 23.5% ~59%*

*: Ziel für 2030: >50% (2050: >80%); Angaben für 2030 können in Abhängigkeit der Quelle variieren

CO2 als Rohstoff

CO2 als Rohstoff

Wir haben die erste branchenübergreifende Initiative zur Nutzung von Emissionen aus der Stahlproduktion auf den Weg gebracht. Carbon2Chem heißt das Projekt, bei dem Hüttengase als Ausgangsstoffe für die Chemieproduktion genutzt werden. Carbon2Chem leistet nicht nur einen Beitrag zur Energiewende, sondern auch zum Klimaschutz.

So genannte Hüttengase entstehen in einem Stahlwerk an verschiedenen Stellen. Sie enthalten unter anderem Stickstoff, Wasserstoff, Methan sowie Kohlenmonoxid und Kohlendioxid (CO2). Heute nutzen wir diese Gase als Energiequelle. Sie werden in Kraftwerken verbrannt und liefern Strom für unsere Stahlproduktion.

Mit dem langfristig angelegten Projekt Carbon2Chem wollen wir Hüttengas als Rohstoff nutzen. Das Prinzip lässt sich das so erklären: Ein Chemiewerk in der Nachbarschaft könnte die Hüttengase als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Kraftstoffen und Düngemitteln nutzen. Dabei würde auch das in den Hüttengasen enthaltene CO2 umgewandelt.

Geschätzt wird, dass dieses Konzept etwa im Jahr 2030 großindustriell anwendbar sein könnte. Natürlich braucht unser Stahlwerk dann auch weiterhin Strom. Hier kommen die Erneuerbaren Energien ins Spiel: Wenn Wind und Sonne überschüssigen Strom liefern, nutzen wir ihn für die Stahlherstellung. Das Hüttengas würde dann aufgeteilt, so dass ein Teil für die Chemieproduktion zur Verfügung steht.

Außerdem wollen wir mit dem “grünen Strom“ noch mehr Wasserstoff herstellen als im Hüttengas schon enthalten ist. Den zusätzlichen Wasserstoff brauchen wir für die Umwandlung des CO2. Denn Kohlendioxid ist eine sehr stabile chemische Verbindung. Für deren Auflösung braucht man viel Energie, wie sie im Wasserstoff enthalten ist.

Energiespeicher

Energiespeicher

Der Markt für Energiespeichersysteme stehe "kurz vor der Explosion", meinen die Analysten von IHS Technology in einer aktuellen Studie. Navigant Research prognostiziert 21,8 Gigawatt neue Speicherleistung bis 2023. Boston Consulting meint, dass 330 Gigawatt neue Leistung bis 2030 geschaffen werden. Ganz gleich, wie man es betrachtet: Der Bedarf an Speichersystemen ist gewaltig – und wer ebenso leistungsstarke wie wirtschaftliche Lösungen bieten kann, dürfte künftig gute Geschäfte machen.

Grund für den hohen Speicherbedarf ist, dass sich Erneuerbare Energien immer mehr am Energiemarkt durchsetzen. Stromerzeugung aus regenerativen Energien, schätzt die Internationale Energie Agentur IEA, werde sich bis ins Jahr 2040 etwa verdreifachen. Es gibt jedoch ein Problem: Denn Wind und Sonne sind volatil. Das heißt übersetzt: Die Energiemenge, die sie zur Verfügung stellen, unterliegt starken Schwankungen. Energieverbraucher wollen jedoch gleichmäßig mit Strom versorgt werden. Speichersysteme sollen Phasen mit geringer Versorgung ausgleichen. thyssenkrupp schickt mit Redox-Flow Batterien und der Wasserelektrolyse gleich zwei Speichertechnologien ins Rennen. Ziele bei beiden Ansätze sind, die Kapazität sowie die Leistung zu erhöhen – und die Kosten zu senken.

Redox-Flow Batterien speichern Strom als chemische Energie in zwei großen Tanks. In diesen Tanks befinden sich Salze, die in anorganischen Säuren gelöst sind. Die Tanks sind mit einer oder mehreren elektrochemischen Zellen verbunden, über die Batterien geladen oder entladen werden. Der Wirkungsgrad von Redox-Flow-Batterien liegt bei bis zu 80 Prozent, wobei die Zellfläche die Leistung der Batterien bestimmt.

Unser Ziel ist es, die Zellfläche zu vergrößern – damit die Leistung der Batterien deutlich zu erhöhen. Die Kapazität lässt sich jetzt schon ganz leicht über die Größe der Tanks verändern. Bislang liegt die Zellfläche in der Praxis bei etwa 40 Quadratzentimetern. Wir wollen eine Zellfläche von über 2,50 Meter erreichen. Damit ließen sich industrielle Speicher mit einer Leistung von zunächst 20 Megawatt und einer Kapazität von 200 Megawattstunden bauen.

Die erste Leistungssteigerung um den Faktor zehn haben unsere Experten bei thyssenkrupp schon erreicht. Eine weitere Steigerung, wieder um das Zehnfache steht kurz bevor. Noch 2016 soll die endgültige Zellgröße erreicht sein.

Ab Anfang 2017 soll der Beitrag von thyssenkrupp zur Wasserelektrolyse marktfähig sein. Bei dieser Technologie wird Wasser mithilfe von Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der Wasserstoff lässt sich als Energieträger lagern, bei Bedarf wieder verstromen, für Brennstoffzellen-Antriebe nutzen oder für die Herstellung von Chemikalien wie Methan, Methanol oder Ammoniak einsetzen.

Bei der Entwicklung hilft uns die lange Erfahrung mit der Chloralkali-Elektrolyse, denn für die Wasserelektrolyse werden ganz ähnliche Komponenten gebraucht. Außerdem entsteht bei der Chloralkali-Elektrolyse jetzt schon Wasserstoff als Koppelprodukt. Erst vor kurzem haben wir das 100.000-ste Element für die Chloralkali-Elektrolyse verkauft.

Eine erste Anlage im Labormaßstab gibt es bereits. Im nächsten Entwicklungsschritt ist eine Technikumsanlage geplant.

Lastmanagement

Lastmanagement

Die Sonne scheint nicht immer. Und auch der Wind macht manchmal Pause. Erneuerbare Energien sind volatil – sie schwanken also und sind nicht stabil. Die Frage ist, ob sich der Energieverbrauch nicht so organisieren lässt, dass er sich der Versorgung anpasst.

Das größte Potenzial bieten industrielle Abnehmer. Sie benötigen mit Abstand die meiste Energie in Deutschland. Allein unser Stahlwerk in Düsseldorf setzt so viel Energie um wie die Stadt Berlin. Der Unterschied liegt darin, dass wir es in Berlin mit drei Millionen einzelnen Verbrauchern zu tun haben; bei einem Stahlwerk allerdings nur mit einem einzigen.

An dieser Stelle setzt das Lastmanagement ein, das auch als Cross Energy Management bezeichnet wird: Die großen industriellen Stromverbraucher sollen ihre Stromnachfrage und damit ihre Produktionsabläufe stärker an das Angebot der Erneuerbaren Energien anpassen. Dafür müssen sie ihre Prozesse und ihre Organisation intelligenter und flexibler gestalten. So kann die Industrie einen wichtigen Beitrag zu einem stabilen Stromnetz und letztlich auch zum Gelingen der Energiewende leisten.

Die Zementindustrie ist ein weiterer wichtiger Stromverbraucher in Deutschland. Hier gibt es Abläufe, die man durchaus unterbrechen könnte – etwa bei der Vorbereitung des Rohmaterials, die sich zeitlich staffeln ließe. Dadurch wäre es möglich, energieintensive Prozesse genau dann zu starten, wenn Erneuerbare reichlich zur Verfügung stehen. Als Signal könnte der jeweils aktuelle Strompreis dienen. Ist viel Energie vorhanden, sinkt er – und die Fertigung kann beginnen.

Beim Cross Energy Management hilft, dass sich das Angebot an Erneuerbaren Energien wie beim Wetter genau vorhersagen lässt. Und genau das ist eine gute Basis für eine flexible, vorausschauende Produktionsplanung.

Mehr zu Smart Energy in unserem #engineered Blog

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