TY - JOUR A1 - Sterner, Michael A1 - Hofrichter, Andreas A1 - Meisinger, Alexander A1 - Bauer, Franz A1 - Pinkwart, Karsten A1 - Maletzko, Annabelle A1 - Dittmar, Felix A1 - Cremers, Carsten T1 - 19 Import options for green hydrogen and derivatives - An overview of efficiencies and technology readiness levels JF - International Journal of Hydrogen Energy N2 - The import of hydrogen and derivatives forms part of many national strategies and is fundamental to achieving climate protection targets. This paper provides an overview and technical comparison of import pathways for hydrogen and derivatives in terms of efficiency, technological maturity and development and construction times with a focus on the period up to 2030. The import of hydrogen via pipeline has the highest system efficiency at 57-67 % and the highest technological maturity with a technology readiness level (TRL) of 8-9. The import of ammonia and methanol via ship and of SNG via pipeline shows efficiencies in the range of 39-64 % and a technological maturity of TRL 7 to 9 when using point sources. Liquid hydrogen, LOHC and Fischer-Tropsch products have the lowest efficiency and TRL in comparison. The use of direct air capture (DAC) reduces efficiency and TRL considerably. Reconversion of the derivatives to hydrogen is also associated with high losses and is not achievable for all technologies on an industrial scale up to 2030. In the short to medium term, import routes for derivatives that can utilise existing infrastructures and mature technologies are the most promising for imports. In the long term, the most promising option is hydrogen via pipelines. KW - Hydrogen KW - Derivatives KW - Power-to-X KW - Efficiency KW - TRL KW - Construction time KW - Technical assessment KW - Import KW - Hydrogen strategy KW - Energy system modelling Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:898-opus4-77756 SN - 0360-3199 N1 - Corresponding author der OTH Regensburg: Michael Sterner VL - 90 SP - 1112 EP - 1127 PB - Elsevier ER - TY - RPRT A1 - Sterner, Michael A1 - Bauer, Franz A1 - Hofrichter, Andreas A1 - Heberl, Michael T1 - Systemanalyse und -integration Power-to-X im Kontext von erneuerbarer Elektrizität als Primärenergie (SPIKE) N2 - Durch das in Paris beschlossene Ziel, die globale mittlere Temperatur auf deutlich unter 2 Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen, ist ein Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger und Rohstoffe bis zum Jahr 2050 notwendig (WBGU 2016). Daher hat sich die Bundesregierung das Ziel gesetzt, bis zur Mitte des Jahrhunderts eine weitgehende Treibhausgasneutralität zu erreichen. Hierzu ist neben einer Steigerung der Energieeffizienz in allen Sektoren ein Ausbau erneuerbaren Energien notwendig. Dies beinhaltet hauptsächlich den Zubau von Wind‐ und Solarstromanlagen. Somit gewinnt die Sektorkopplung immer mehr an Bedeutung und wird in Zukunft eine tragende Rolle für die Defossilisierung des Energiesystems spielen (BMUB 2016). Als zentrales Element der Sektorkopplung gilt Strom, der über Power‐to‐X (PtX) sowohl energetisch im Wärme‐, und Verkehrssektor als auch stofflich in der Industrie und vor allem im Chemiesektor eingesetzt werden kann (Ausfelder et al. 2018a). Im Rahmen des P2X‐Vorhabens der Kopernikus Forschungsinitiative wird die Sektorkopplung durch die Umwandlung von Strom mittels elektrochemischer Prozesse in stoffliche Ressourcen wie Wasserstoff, Synthesegas oder Kohlenstoffmonoxid untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der Betrachtung der Kopplung von Strom und Verkehr sowie Strom und Chemie und der Untersuchung von Prozessen und Pfaden, die aus ökologischer, ökonomischer und gesellschaftlicher Sicht vorteilhaft sind. Eine vergleichende Einordnung in den Gesamtkontext der Energiewende mit Abwägung zahlreicher Alternativen und Konkurrenztechnologien ist dort allerdings nicht vorgesehen. Zudem werden einige relevante PtX‐Technologien wie Power‐to‐Heat nicht betrachtet. Aus diesem Grund wurden in SPIKE ergänzende PtX‐Technologiepfade aus systemanalytischer Sicht untersucht. Dies sind Power‐to‐Heat (PtH) und Power‐to‐Gas (PtG) über Elektrolyse und optionaler anschließender Methanisierung sowie die Herstellung ausgewählter Pfade der strombasierten Herstellung von Produkten der energieintensiven Industrie. Ziel des Forschungsvorhabens war die Analyse von PtX‐Technologien und Pfaden, deren vergleichende Einordnung im Gesamtkontext der Energiewende sowie die Unterstützung des P2X Roadmapping Prozesses und die Ableitung von Handlungsempfehlungen. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf dem Einsatz von PtX im Industriesektor. Für das Vorhaben wurden Arbeitspakete (AP) erstellt, die Untersuchungen zu Technologie, Potenzial, Ökonomie und Ökologie von PtH (AP 1), PtG (AP 2), Power‐to‐Ammoniak, Power‐to‐Ethen und Power‐to‐Propen (AP 3) umfassten. Daraus wurde in AP 4 ein Systemvergleich mit Einordnung von PtX in die Energiewende durchgeführt. Auf dieser Basis und der Identifizierung regulatorischer Rahmenbedingungen für PtX (AP 5) wurde das deutsche Energiesystem samt PtX‐Pfaden in einem Energiesystemmodell abgebildet (AP 6). Die Ergebnisse flossen in das Roadmapping ein (AP 7). Zudem erfolgte ein Austausch mit den Projektpartnern und das Verfassen wissenschaftlicher Abhandlungen (AP 8). KW - Energieintensive Industrie KW - Energiesystemmodellierung KW - Power-to-Gas KW - Power-to-Heat KW - Ökobilanzierung Y1 - 2019 ER - TY - CHAP A1 - Sterner, Michael A1 - Bauer, Franz A1 - Hofrichter, Andreas ED - Ausfelder, Florian ED - Dura, Hanna Ewy T1 - Systemanalyse von Power-to-X-Pfaden - Ergebnisse des Satellitenprojektes "SPIKE" T2 - Optionen für ein nachhaltiges Energiesystem mit Power-to-X Technologien : Nachhaltigkeitseffekte - Potenziale Entwicklungsmöglichkeiten; 2. Roadmap des Kopernikus-Projektes "Power-to-X": Flexible Nutzung erneuerbarer Ressourcen (P2X) Y1 - 2019 UR - https://edocs.tib.eu/files/e01fn21/1770760199.pdf SN - 978-3-89746-218-2 SP - 145 EP - 153 PB - DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V CY - Frankfurt am Main ER - TY - INPR A1 - Meisinger, Alexander A1 - Hofrichter, Andreas A1 - Bauer, Franz A1 - Sterner, Michael T1 - Unlocking Potential Energy Partnerships in Europe: a Case Study on the Way to a Franco-German Energy Transition N2 - Global warming is already causing global destabilization. Geopolitical challenges fuel this instability and highlight the need for trusted energy partnerships to ensure energy security. To limit global warming and increase energy security, it is essential to take joint action on an international and global scale. The European Green Deal contributes to this. However, specific national actions are still needed. This research presents a way forward for a Franco-German energy transition and unlocks the potential of energy partnerships within Europe, using a cost-based, sector-coupled optimization model. Both countries are coupled via an isolated country optimization approach. Thus, the focus is on the development of each national energy system. The results highlight the increase of energy security in line with the European Green Deal. The main pillars of the energy transition are solar energy (32- 33%), wind energy (25-38%) and biogenic energy sources (13-27%). Nuclear power is being phased out in Germany and France. The results show that a Franco-German energy partnership has great potential. Overall, France can cost-effectively cover 25% of Germany’s hydrogen import needs (122 TWh) in 2050. At the same time, France can also benefit from the energy partnership in terms of economic growth and joint action to mitigate climate crisis. KW - Decarbonization KW - Energy partnership KW - Energy system modelling KW - Energy transition KW - European Green Deal KW - Power-to-X Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.2139/ssrn.5251699 PB - SSRN ER - TY - JOUR A1 - Heberl, Michael A1 - Hofrichter, Andreas A1 - Rank, Daniel A1 - Bauer, Franz A1 - Sterner, Michael T1 - Influence of plant dimensioning and location on the ecology of PEM electrolysis JF - International Journal of Hydrogen Energy N2 - PV and wind systems with PEM electrolysis offer great potential for producing hydrogen with low emissions. Our research has identified the ecologically optimal size of PEM in relation to fixed PV/wind capacities. We calculate efficiencies and production volumes for PEM with 240 capacity and site variations. We analyse the global warming potential of all systems and draw conclusions about the optimal system design. The lowest GWP is achieved at the site with the highest full load hours with 1.32 kg CO2-eq/kg H2 (Wind, 28 MW electrolysis) and 4.24 kg CO2-eq/kg H2 (PV, 23 MW electrolysis). We have identified a clear trend: increasing PV/wind full load hours leads to higher ideal PEM capacities. However, there is a significant discrepancy between the ideal economic and ecological capacity. Furthermore, higher electrolysis capacities can achieve lower emissions as they increasingly operate at a more efficient partial load. KW - Electrolysis KW - Life cycle analysis KW - Global warming potential KW - Plant design KW - Renewable energy Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.151039 SN - 0360-3199 VL - 167 PB - Elsevier ER -