Zeitschrift für fortgeschrittene Chemieingenieurwesen

Abstrakt

Technoökonomie und Nachhaltigkeit der Produktion von erneuerbarem Methanol und Ammoniak unter Verwendung von Wasserstoff aus Windkraft

Michael Matzen, Mahdi Alhajji und Yasar Demirel

Diese Studie analysiert und vergleicht die wirtschaftlichen und Nachhaltigkeitsaspekte zweier Hydrierungsverfahren zur Herstellung von erneuerbarem Methanol und Ammoniak unter Verwendung von elektrolytischem Wasserstoff auf Windkraftbasis. Zur Herstellung von Methanol wird Kohlendioxid aus einer Ethanolanlage verwendet, während der Stickstoff von einer Luftzerlegungsanlage (ASU) zur Herstellung von Ammoniak geliefert wird. Die Kapazitäten betragen 99,96 mt/Tag Methanol und 1202,55 mt/Tag wasserfreies Ammoniak. Die Methanolanlage benötigt 138,37 mt CO2/Tag und 19,08 mt H2/Tag. Das Ammoniak wird unter Verwendung von 217,72 mt H2/Tag und 1009,15 mt N2/Tag synthetisiert. Die Produktionskosten und die Kohlenstoffäquivalentemissionen (CO2e) im Zusammenhang mit den Methanol- und Ammoniakprozessen, der elektrolytischen Wasserstoffproduktion, der Kohlenstoffabscheidung und -kompression und der ASU werden geschätzt. Die integralen Einrichtungen sowohl der Methanol- als auch der Ammoniakproduktion werden anhand der Einführung einer multikriteriellen Entscheidungsmatrix bewertet, die wirtschaftliche und Nachhaltigkeitskennzahlen enthält. Es werden diskontierte Cashflow-Diagramme erstellt, um die wirtschaftlichen Einschränkungen sowie die Produkt- und Stückkosten von Wasserstoff abzuschätzen. Die Wasserstoffkosten tragen am meisten zur Wirtschaftlichkeit der Anlagen bei. Für Methanol betragen die Emissionswerte -0,85 kg CO2e/kg Methanol als chemischer Rohstoff und +0,53 kg CO2e/kg Methanol als Kraftstoff bei vollständiger Verbrennung. Für Ammoniak beträgt der Emissionswert rund 0,97 kg CO2e/kg Ammoniak. Der elektrolytische Wasserstoff aus Windenergie trägt zur Reduzierung der Emissionen bei ; die aktuellen Kosten für Wasserstoff wirken sich jedoch nachteilig auf die Machbarkeit der Anlagen aus. Eine multikriterielle Entscheidungsmatrix zeigt, dass erneuerbares Methanol und Ammoniak mit Wasserstoff auf Windenergiebasis im Vergleich zu nicht erneuerbaren Verfahren realisierbar sein könnten und dass erneuerbares Methanol günstiger sein könnte als Ammoniak.