Power-to-X (PtX) aus „Überschussstrom“ in Deutschland – Ökonomische Analyse

Zusammenfassung

Power-to-X (PtX)-Technologien werden derzeit als Option für die Produktion flüssiger oder gasförmiger Kohlenwasserstoffe insbesondere für eine treibhausgasneutrale Mobilität diskutiert. Der Einsatz solcher Technologien scheitert jedoch oft an dem erheblichen elektrischen Energiebedarf für die Herstellung von Power-to-Liquid (PtL) und Power-to-Gas (PtG) basierten Energieträgern. Gleichzeitig steigt der Anteil des Stroms aus volatilen erneuerbaren Energien innerhalb des deutschen Stromnetzes; dies führt zunehmend dazu, dass entsprechende Stromerzeugungsspitzen nicht genutzt werden können und aufwändig kompensiert werden müssen. Diese theoretisch nutzbaren, aber nicht genutzten Strommengen werden als markt- oder netzbasierter „Überschussstrom“ bezeichnet. In den laufenden PtX-Diskussionen wird deshalb immer wieder gefordert, diesen „überschüssigen“ Strom über PtX-Prozesse in hochwertige flüssige oder gasförmige Brenn‑/Kraftstoffe umzuwandeln, anstatt die verfügbare elektrische Energie nicht zu nutzen – und trotzdem für sie zu bezahlen. Ziel dieser Untersuchung ist es daher, die Wirtschaftlichkeit von PtX-Verfahren zur Bereitstellung flüssiger oder gasförmiger Brenn‑/Kraftstoffe im Wettbewerb zu anderen PtX-Verfahren (einschließlich Power-to-Heat (PtH)) im Zusammenhang mit der Nutzung dieses „Überschussstroms“ zu analysieren und zu bewerten. Dazu wird ein Vergleich zwischen den maximal zulässigen Strompreisen für eine kostendeckende Produktion und den betriebsstundenbasierten PtX-Produktgestehungskosten der wichtigsten PtX-Produkte PtL-Diesel, PtL-Kerosin, PtG-Methan, PtG-Wasserstoff und PtH-Wärme realisiert.

Abstract

Power-to-X (PtX) technologies are currently under discussion as a possible option for the production of sustainable liquid and/or gaseous hydrocarbons especially for GHG neutral mobility. However, the implementation of such technologies often fails due to the considerable electrical power requirements arising for the production of PtX products (summarizing here Power-to-Liquid (PtL) and Power-to-Gas (PtG) options). At the same time, there is an increasing share of renewable energies from volatile sources within the German electricity grid, which is increasingly causing electricity production peaks to be compensated by expensive measures. These throttled electricity quantities are referred to either as market-based or grid-based “surplus electricity”. In the discussion about PtX, it is repeatedly demanded to convert this surplus electricity via PtX processes into high-quality liquid and/or gaseous fuels instead of not using the available electrical energy—and additionally paying for that. Thus the goal of this paper is it to take a closer look at this aspect of the debate. The economics of the PtX process for the provision of liquid and/or gaseous fuels in competition to other PtX processes related to the use of this “surplus electricity” is assessed. Therefore, additionally Power-to-Heat (PtH) processes are considered. For this purpose, a comparison is made between the maximum electricity prices permitted for break-even production and the operating hour-based PtX product production costs of the main PtX products PtL diesel, PtL kerosene, PtG methane, hydrogen and heating via PtH.