Analyse des globalen Erzeugungspotentials von synthetischen Kraftstoffen aus regenerativen Energiequellen für das Jahr 2050 mithilfe von Geoinformationssystemen, dem analytischen Hierarchieprozess und einer Kraftwerksparkoptimierung für Vorzugsstandorte

Um dem anthropogenen Klimawandel entgegenzuwirken entschied ein Großteil der internationalen Staatengemeinschaft im Pariser Klimaabkommen die Erderwärmung auf maximal 2°C zu beschränken. Da der Verkehrssektor einen Anteil von 23 % an den globalen CO2equ Emissionen hat (IEA 2021), werden auch für diesen Sektor umfassende Maßnahmen zur Dekarbonisierung notwendig sein, um die Klimaziele zu erreichen. In der vorliegenden Arbeit werden aus den im Projekt ""DeVKopSys"" des Fraunhofer IEE (Pfennig et al. 2021) identifizierten Potentialflächen internationale Vorzugsstandorte zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe (Power-to-X, PtX) erarbeitet. Diese Potentialflächen werden einerseits mithilfe des Analytischen Hierarchieprozesses (AHP) in ihrer Qualität bewertet und andererseits zur Identifizierung von Vorzugsstandorten herangezogen. Anschließend werden auf Basis von stündlich aufgelösten Zeitreihen für Erneuerbare Energien (EE) an diesen Standorten, sowie techno-ökonomischer Kenndaten der Anlagenkomponenten die Kraftstoffgestehungskosten für zwölf Kraftstoffproduktionspfade mithilfe eines Optimierungsmodells ermittelt. Die Ergebnisse der Optimierung werden danach einer Sensitivitätsanalyse anhand variabler Zinssätze und Flächenaggregationen unterzogen. Ebenso wird der Einfluss einer verminderten Anlageneffizienz der Direct-Air-Capture (engl. DAC) Technologie auf die Kraftstoffgestehungskosten untersucht. Danach werden Zusammenhänge zur Abschätzung der Kraftstoffgestehungskosten für verschiedene Szenarien hergeleitet. Abschließend werden die Ergebnisse anhand einer Diskussion eingeordnet. Die Ergebnisse ergaben eine Identifikation von 592 Vorzugsstandorten außerhalb des europäischen Wirtschaftsraumes (EWR). Der AHP ordnet die Flächen primär in die Kategorie guter bis sehr guter Standort ein. Es existieren wenige hervorragende und keine schlechten Standorte. Die Optimierungsergebnisse weisen Kosten zwischen 42 und 334 e/MWh, in Abhängigkeit des Kraftstoffproduktionspfades auf. Aus den Ergebnissen der Optimierung und den vorhandenen Potentialflächen lassen sich Erzeugungsmengen zwischen 73.000 TWh und 111.000 TWh ableiten, welche in der Realität nur zum Teil erschließbar sind. Als größter Einflussfaktor auf die Kraftstoffgestehungskosten wurden die Vollaststunden der verwendeten EE Ressource am Standort identifiziert. Doch auch der Zinssatz der Wirtschaftlichkeitsrechnung, der Einfluss der Umweltbedingungen auf die DAC-Anlageneffizienz, sowie die Auswahl der Flächen zur Aggregation beeinflussen die Kraftstoffgestehungskosten, in Abhängigkeit des Standortes, teils erheblich. Die Untersuchungen zur Abschätzung der Kraftstoffgestehungskosten zeigen, dass diese für ausgewählte Standortkategorien einen mittleren Fehler von max. 2 e/MWh aufweist.