Grenzwertorientierte Methoden auf Basis des Physikalischen Optimums in komplexen Energiewandlungsprozessen

Die energetische Umwandlung und stoffliche Nutzung fossiler Energieträger kann als Hauptgrund für die Emission von Treibhausgasen identifiziert werden. Erneuerbare Energiequellen haben, besonders unter Einsatz der sogenannten Power-to-X Technologien, ein hohes Potenzial der Reduzierung des Bedarfes an fossilen Energieträgern. Da die Effizienz dieser Technologien noch immer umstritten ist, ist eine Bewertung des tatsächlichen Optimierungspotenzials sinnvoll. D. Volta hat zu diesem Zwecke in seiner Dissertation eine Methode zur gezielten Effizienzbewertung von Prozessen entwickelt. Grundlage der Methode des Physikalischen Optimums ist der Vergleich des realen Prozesses mit einem idealen Referenzprozess. In dieser Arbeit erfolgt eine Spezifizierung und Beschreibung wichtiger Power-to-X-Technologien auf Basis einer ausführlichen Literaturrecherche. Beruhend auf den dabei gewonnenen Erkenntnissen und einer Zusammenfassung der Grundlagen der Methodik des Physikalischen Optimums erfolgt erstmals die Anwendung dieser Methodik auf eine Power-to-Methan-Prozesskette. Anschließend werden bestehende Arbeiten zu der Methode des Physikalischen Optimums analysiert und auf Grundlage dessen eine Kategorisierung der jeweiligen Anwendungs-ansätze in drei verschiedene Sichtweisen durchgeführt. Jede dieser Sichtweisen zur Bestimmung des Physikalischen Optimums wird am Beispiel einer alkalischen Elektrolysezelle demonstriert. Die Ergebnisse werden diskutiert und daraus weitere notwendige Arbeitsschritte in der Entwicklung der Methodik des Physikalischen Optimums abgeleitet.