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Systematik im Power-to-X-Ansatz – Identifikation, Charakterisierung und Clusterung der Power-to-X-Technologien

Systematics in the Power-to-X Approach—Identification, Characterization and Clustering of Power-to-X Technologies

Zusammenfassung

Um das Pariser Klimaschutzabkommen zu erfüllen, wurden im deutschen Klimaschutzplan 2050 ambitionierte Ziele festgesetzt. Die direkte Nutzung erneuerbarer Energien und die Sektorenkopplung sind dabei zentrale Maßnahmen, um die Defossilisierung der Wirtschaft voranzubringen (BMUB 2016). Vielversprechende Ansätze, um den Anteil erneuerbarer Energien durch Stromnutzung in den Sektoren mit bisher geringen Treibhausgasreduktionen – Wärme, Verkehr und Industrie – zu erhöhen, bieten Power-to-X-Technologien. Dabei wird Strom für die spätere energetische Nutzung gespeichert oder über technische Verfahren zur Herstellung von Wertschöpfungsprodukten bzw. für Dienstleistungen eingesetzt. Mit Hilfe von Power-to-X-Technologien wird so das Sektorenkopplungspotenzial von Strom erschlossen und gleichzeitig werden Defossilisierungsoptionen insbesondere für die oben genannten Sektoren eröffnet.

Durch die Vielfalt an Verfahren und die großen Nutzungspotenziale stehen Power-to-X-Technologien derzeit im Fokus einer größeren Debatte. Eine Analyse zur Begriffsverwendung in der Literatur zeigt, dass kein Konsens zur Definition von Power-to‑X und den zugehörigen Technologien besteht: Teilweise wird der Begriff spezifisch für nur wenige technologische Konzepte verwendet, auf der anderen Seite aber auch sehr breit und für eine große Vielfalt an Konzepten. Dieser Artikel zeigt die bisherige Begriffsverwendung in ihrer Bandbreite auf, arbeitet Gemeinsamkeiten und Differenzierungsmerkmale heraus und leitet eine Systematik des Power-to-X-Ansatzes ab. Auf dieser Grundlage wird ein Definitionsvorschlag formuliert, mit dem Power-to-X-Technologien anschließend eindeutig identifiziert und sinnvoll in Kategorien eingeordnet werden. Dies soll einen Beitrag leisten zu einem einheitlichen Verständnis von Power-to‑X, auf dessen Grundlage die Diskussion um verfügbare Technologien und deren Entwicklungsmöglichkeiten für Anwendungen geführt werden kann.

Abstract

In order to fulfil the Paris Climate Protection Agreement, ambitious targets were set in the German Climate Protection Plan 2050. The direct use of renewable energies and sector coupling are two of these central measures to forward the defossilisation of the economy (BMUB 2016). Promising approaches to increase the share of renewable energies in the heating, transport and industrial sectors are offered by power-to‑x technologies. Within these technologies, renewable based electricity can be stored for a later energetic use or can be used in technical processes to produce value-added products or to provide services. This exploits the sector coupling potential of electricity and at the same time opens up for the above-mentioned sector’s defossilisation options.

Due to the diversity of processes and the great utilization potential, power-to‑x technologies are currently the focus of a larger debate. An analysis of the terminology “power-to-x” in research publications shows that there is no consensus on the definition of power-to‑x and the associated technologies: Partially the term is used quite narrowly and for only a few technological concepts, sometimes it is used very broadly and for a large variety of concepts. This article gives an overview about the present spectrum in the use of the term “power-to-x”, identifies similarities and differentiations and derives a systematic of the power-to‑x approach. Based on this, a definition proposal is formulated with which power-to‑x technologies can be unambiguously identified and meaningfully classified into categories. This should contribute to a uniform understanding of power-to‑x, on the basis of which the discussion about available technologies and their development possibilities for applications can be conducted.

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Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3

Notes

  1. In das Stromnetz wird Strom aus unterschiedlichen EE-Quellen eingespeist und deren Anteile können variieren. Für Power-to-X-Technologien ist es aber unerheblich, aus welcher Quelle der EE-Strom stammt. Zudem wird kein ausschließlicher EE-Strombezug vorausgesetzt, sondern ein anteiliger Bezug im Rahmen der Energiewende erlaubt.

  2. In Abgrenzung zur Methodik der statistischen Clusteranalyse als Verfahren zur Gruppenbildung kommt im hier ein qualitatives Vorgehen zum Einsatz, das eine Technologie-Zuordnung zu zwei Clustern nicht ausschließt.

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Förderung

Dieser Artikel entstand auf Basis der Arbeiten im Forschungsprojekt ProPower, das vom Institut für ökologische Wirtschaftsforschung und vom Fraunhofer Institut für Umwelt‑, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT bearbeitet wird. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen 03ET4052 gefördert.

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Berger, A., Bluhm, H., Ehrenstein, U. et al. Systematik im Power-to-X-Ansatz – Identifikation, Charakterisierung und Clusterung der Power-to-X-Technologien. Z Energiewirtsch 44, 177–193 (2020). https://doi.org/10.1007/s12398-020-00281-x

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/s12398-020-00281-x

Schlüsselwörter

  • Power-to‑X
  • Sektorenkopplung
  • Erneuerbare Energien
  • Energiewende
  • Cross-industrielle Technologien
  • Definition
  • Systematik
  • Technologiecharakterisierung