FFR CONVENT SUSTAINABLE AVIATION FUELS - PTL DEMOANLAGE IN HESSEN
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FFR CONVENT
SUSTAINABLE AVIATION FUELS
PTL DEMOANLAGE IN HESSEN
2021 © Globe 1850-2018 Graphics and lead scientist: Ed Hawkins
Data: Berkeley Earth, NOAA, UK Met Office, MeteoSwiss, DWD
CENA Hessen
Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation
Bernhard Dietrich
5. Juli 2021
AUFGABEN UND SCHWERPUNKTE DES KOMPETENZ-
ZENTRUMS
CENA steht für „Centre of Einleitung und Ausbau einer Kraftstoffwende im
Competence for Climate, Luftverkehr:
Environment and Noise ▪ Förderung einer Pilotanlage zur Herstellung
Protection in Aviation“ synthetischen Kraftstoffs im Power-to-
(Kompetenzzentrum Klima- Liquid-Verfahren (PtL)
und Lärmschutz im
Luftverkehr). ▪ Gestaltung von Prozessen und
regulatorischen Rahmenbedingungen für
den Einsatz von PtL
Gründung des CENA Hessen
im Jan. 2020 – angesiedelt im ▪ Sicherstellung von H2 als Grundstoff und
House of Logistics and Treibstoff im Luftverkehr
Mobility (HOLM). Aufbau Unterstützung der nachhaltigeren Ausgestaltung
eines Kompetenzzentrums des Flughafenbetriebs
wurde im Koa-Vertrag Forschungsvorhaben zur Entwicklung leiserer und
festgehalten. emissions-ärmerer Flugzeuge
Stärkung der Intermodalität: Konzepte zur
Trägerin des Kompetenz- Verlagerung von Verkehren auf
zentrums ist die landeseigene umweltfreundliche Verkehrsträger
Wirtschaftsförderungs-
gesellschaft, Hessen Trade & Vernetzung der interessierten Akteure, um
Invest GmbH. innovative Projekte realisieren zu können
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 2
DAS IPCC WELTWEITE CO2 BUDGET ALLER SEKTOREN AB 2018:
BENCHMARK FÜR 1,5° ERWÄRMUNG 420 GIGATONNEN
Wahrscheinlichkeit CO2 Budget in Gt
zur Einhaltung
Niedrig 33% 840 Gt
Mittel 50% 580 Gt
Hoch 67% 420 Gt
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 3
DAS CO2-BUDGET ZUM EINHALTEN DES 2050 1,5° ZIELS
– DIE ZEIT DRÄNGT !
1,5°C
*) weltweit alle Sektoren
420 Gt CO2 Budget ab 2018*
36,4 Gt
Emissionen 2018*
EU Luftverkehr** Budget
36,4 Gt ab 2020 1,8 Gt
Emissionen 2019*
Weltweit Luftverkehr Budget
ab 2020 9,2 Gt
**) Vertankung EWR
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 4
DAS EINHALTEN DES „SICHEREN CO2 BUDGETS“ FÜR
EUROPÄISCHEN KEROSIN UPLIFT IST EINE HERAUSFORDERUNG !!
Verfügbarkeit CO2 Budget für Europäischen Kerosin-Uplift ab 2020
“Ausstieg nach Covid-
“Weiter so wie 2019” “Ausstieg ab 2022”
Erholung ab 2024”
200
180
160
CO2 Emissionen in Mt
144
140
120
115
100 “Shell Verdict Point”
106 Mt CO2 = 33,5
80 Mt Kerosin in 2030
60 Budget Budget
Budget Budget
40 1,83 Gt 1,83 Gt
1,83 Gt 2050 1,83 Gt
20 2030 2038
0
2019
2021
2023
2025
2027
2029
2031
2033
2035
2037
2039
2041
2043
2045
2047
2049
2019
2021
2023
2025
2027
2029
2031
2033
2035
2037
2039
2041
2043
2045
2047
2049
2019
2021
2023
2025
2027
2029
2031
2033
2035
2037
2039
2041
2043
2045
2047
2049
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 5Hintergrund:
DAS SHELL URTEIL - REDUKTION FOSSILE CO2-EMISSIONEN UM
45% GEGENÜBER 2019 IN SCOPE 1, 2 UND 3 !!
Handelsblatt Mittwoch, 26.05.21
• Düsseldorf Der Öl- und Erdgaskonzern Shell muss seine Kohlendioxidemissionen erheblich stärker senken als bislang geplant. Das hat am
Mittwoch ein Gericht in Den Haag entschieden. Dort hatte der britisch-niederländische Konzern überraschend deutlich einen großen Klima-
Prozess gegen Umweltschutzorganisationen verloren.
• Shell müsse den Ausstoß von CO2 bis 2030 um netto 45 Prozent im Vergleich zu 2019 senken, erklärte das Gericht. Nach dem Urteil ist Shell
zum Klimaschutz verpflichtet, das gelte für die eigenen Unternehmen ebenso wie für Zulieferer und Endabnehmer.
Finanzen.net, Freitag 04.06.21
Schlappe für Shell: bisherige Bemühungen für Gericht nicht genug
• Es war ein schwarzer Tag für die Ölbranche: Erst kürzlich urteilte das Bezirksgericht in Den Haag in einem Gerichtsprozess zwischen dem
Ölkonzern Shell und Umweltschützern, die den Branchenriesen aufgrund seiner klimaschädlichen Geschäftsprozesse verklagten - und
zwar zugunsten der Aktivisten. Im "Kampf gegen den gefährlichen Klimawandel" müsse auch Shell seinen Beitrag leisten, lautete das Urteil. Und
dieser Grundsatz gelte nun mal nicht nur für die eigenen Unternehmensabläufe, sondern auch für involvierte Zulieferer und End kunden. Shell
selbst sieht das Urteil nicht gerechtfertigt und will Berufung einlegen. Wie ein Unternehmenssprecher erklärte, sei man bereits stark investiert,
um seine Umweltbilanz möglichst gering zu halten. Bis 2050 wolle der Ölgigant klimaneutral werden. Das hat dem Gericht offenbar nicht
gereicht.
Umdenken bei Chevron: Verantwortung für Scope-3-Emissionen
• Erst nach und nach wird die Tragweite des Urteils klar: Auch Anleger des Mitbewerbers Chevron ließen die Führungsetage kürzlich spüren, dass
ihnen Umweltthemen immer wichtiger werden. Am Tag des Shell-Urteils stimmten die Aktionäre dafür, dass das Unternehmen beim Klimaschutz
mehr Verantwortung übernehmen und die Emissionen der Endkunden reduzieren müsse. Die Scope-3-Emissionen, die entstehen, wenn
Kunden von Energieerzeugern Brennstoffe verbrennen, machen in der Regel den Großteil der Emissionen eines Ölunternehmens aus. Scope-1-
und Scope-2-Emissionen fallen derweil bei der Herstellung oder bei den Zulieferern an. Im Fall von Chevron haben diese laut Recherchen von
Bloomberg 2020 61 Millionen Tonnen CO2-Äquivalente ausgemacht, während Scope-3-Emissionen auf 413 Millionen Tonnen kamen.
Deutschlandfunk.de, Freitag 28.05.21
• Der Konzern Shell… muss in seinem angestammten Geschäft dramatisch schrumpfen, zugleich neue Geschäfte aufbauen und Milliarden
investieren.
• Bemerkenswerter noch als die Vorgaben für das Unternehmen war aber die Begründung der Richter: Das Klimaschutzabkommen von Paris
binde nicht nur Staaten und Regierungen, sondern auch Unternehmen. Erstmals wurde ein Unternehmen nicht dazu verurteilt, einen
entstandenen Schaden auszugleichen, sondern sein ganzes Geschäftsmodell zu ändern.
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 6„CO2-NEUTRAL BIS 2050“ ODER „EU-QUOTEN NON-PAPER
NOV. 2020“ WÄREN NICHT 1,5° BUDGET-KONFORM
EU Szenarien für 1,5° Ziel in 2050
250
-- Recovery Plan Aviation
= 61 Mt
200 Kerosin
-- Budgetverbrauch gleichmäßig
2020 bis 2050
CO2 Emissionen in Mt
150
144 -- Budgetverbrauch nach
Recovery ab 2024
= 36,5 Mt
Kerosin
-- Net Zero Emission bis 2050,
100 115 gleichmäßiger Rückgang,
Budgetüberschreitung 1,2 Gt
“Shell Verdict -- Recovery und Umsetzung EU-
Point”
50 106 Mt CO2 = Quoten-Vorschlag, kein
33,5 Mt Kerosin Anwachsen der
in 2030
Gesamtemissionen,
Budgetüberschreitung 2,7 Gt
0
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
2033
2034
2035
2036
2037
2038
2039
2040
2041
2042
2043
2044
2045
2046
2047
2048
2049
2050
2051
2052
2053
2054
2055
2056
2057
2058
2059
2060
2061
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 7VIER WESENTLICHE HEBEL, DIE NICHT VERLAGERBARE
LUFTFAHRT NACHHALTIGER ZU GESTALTEN
3. Sustainable
1. Technologie 2. Prozesse 4. Marktinstrumente
Aviation Fuels
• Weiter- und Neu- • Optimierung von • Biomasse basiertes • Steuern
entwicklung von • Flug-/Flugzeug- “drop-in” Kerosin • Emissionshandel EU
Inhalt/Hebel
• Flugzeugen betrieb • Synthetisches ETS
• Triebwerken • Bodenverkehr Kerosin • Kompensations-
• Neustrukturierung • Wasserstoff system CORSIA
Luftraummgmt. und • Batterieelektr. Antrieb • sonstige
Flugsicherung
» Effizienz zur » Effizienz zur » Substitution des » Verhaltensänderung
Reduktion des Reduktion des fossilen Kerosins der Marktteilnehmer
Wirkung
Energieverbrauchs Energieverbrauchs durch CO2-neutrale durch Kosten- und
» Einsatzbereitschaft » „klimaoptimiertes“ Alternativen Nutzungsrestrik-
zur Nutzung von Fliegen tionen
Sustainable Aviation
Fuels
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 8WESENTLICHE FRAGEN ZU SUSTAINABLE AVIATION FUELS (SAF)
IM LUFTVERKEHR
1. Warum Sustainable Aviation Fuels?
2. Was sind Sustainable Aviation Fuels?
3. Darf man Sustainable Aviation Fuels im Flugzeug einsetzen?
4. Wie können strombasierte Sustainable Aviation Fuels produziert
werden?
5. Was plant Hessen im Industriepark Höchst?
6. Was kosten Sustainable Aviation Fuels (heute – morgen)?
7. Was sind die Erfolgsfaktoren für den Einsatz von Sustainable
Aviation Fuels?
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 91. Warum Sustainable Aviation Fuels?
E-MOBILITÄT UND WASSERSTOFF SIND KEINE ODER NUR
EINE EINGESCHRÄNKTE ALTERNATIVE ZU KEROSIN
E-Mobilität
▪ Geringe Energiedichte (ungefähr
2 % des Kerosins) Synthetischer Kerosin
▪ Hybrid-Antrieb für kleine
Flugzeuge denkbar
Wasserstoff
▪ Hohe Energiedichte im Gewicht
aber niedrig im Volumen
▪ Hoher Energieaufwand für
notwendige Verflüssigung (z.Zt.
ca. 33%) und zusätzliches
Gewicht für Tank (ca. 15%)
▪ Neues Flugzeug-Design Quelle der Grafik: Umwelt-Bundesamt, Postfossile Energieversorgungsoptionen für einen treibhausgasneutralen Verkehr im Jahr 2050: Eine
verkehrsträgerübergreifende Bewertung
notwendig
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 102. Was sind Sustainable Aviation Fuels?
ZWEI VERSCHIEDENE ARTEN VON SUSTAINABLE AVIATION
FUELS
Sustainable Aviation Fuels (SAF)
Kerosin aus Biomasse und PtL-Kerosin und verwandte
Abfällen Prozesse
• Zunehmend Reststoffe statt • Erzeugung aus Wasser, CO2 und
Anbaubiomasse Energie
• Produktionskapazität vorhanden • Energiequelle bei Power-to-Liquid ist
oder kurzfristig aufbaubar elektrischer Strom, bei Solar-to-Liquid
• Potential begrenzt, weil weder ist Erwärmung durch Sonnen-
Anbauflächen noch Reststoffe einstrahlung
unbegrenzt zur Verfügung stehen • CO2 aus Abgasen oder Atmosphäre
• Preis 2 bis 3-faches des Preises von • Zur Zeit nur Test- oder Demoanlagen
fossilem Kerosin • Herstellungskosten aktuell 10-mal so
hoch wie bei fossilem Kerosin
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 113. Darf man Sustainable Aviation Fuels im Flugzeug einsetzen?
ZERTIFIZIERUNG: EIGNUNG VON SAF IM FLUGZEUG
MITTLERWEILE WELTWEIT ETABLIERT
Arbeit der zurückliegenden 20 Jahre
konzentrierte sich auf Entwicklung und Zulassung
von Herstellungsverfahren:
▪ 2009 – Fischer Tropsch Kerosin
▪ 2011 – Hydroprocessed Ester Fatty Acids
▪ 2014 – Synthesized Iso-Paraffin
▪ 2015 - Alcohol to Jet aus Isobutanol
▪ 2018 – Alcohol to Jet aus Ethanol
- Co-Processing von Pflanzenölen
▪ 2020 – Catalytic Hydrothermolysis Jet
- Hydro Carbon Hydroprocessed Ester
Fatty Acids Quelle: FMV, Pressemeldung über Ergebnisse der Triebwerksprüfläufe mit ATJ-SAK von Swedish Biofuels
- Fischer Tropsch Co-Processing
• Zulassung von Produktionsverfahren ist weiterhin Arbeitsgebiet, aber mittlerweile
grundsätzlich beherrscht
• Schwerpunkt verlagert sich auf Herkunft des Feedstocks – Nachhaltigkeitskriterien
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 124. Wie können strombasierte Sustainable Aviation Fuels produziert werden?
VERFAHREN ZUM SYNTHETISCHEN KEROSIN:
TEILWEISE NIEDRIGE TECHNOLOGISCHE REIFE UND KOMPLEX
Power Solar PV
CO2 Direct Air Capture
from Wind
cleaning Biomass
grid Geo-Thermal
costs Industrial
Sun Heat Incineration
Strom
Alkaline
Proton-
membrane
Kritische Punkte:
Cont. Chlorine-alkali Heat
energy
Co-Electrolysis demand
Elektrolysis • Integration
Salt
Low Cavern Gesamtsystem
TRL Storage Volume
Pressure
• Reverse Water Gas Shift
Solar-to-Liquid Reverse Water Gas Shift • Reinheitsgrade und
Katalysatoren
Synthesis Gas Synthesis Gas Synthesis Gas
High 2H2+1CO 2H2+1CO 3H2+1CO2
cleanli-
ness
• Industrielle
Fischer Tropsch Methanol Synthesis Alcohol Synthesis
Produktions-Dimension
Renewable Wax Methanol Alcohol
Non-renewable C5 - C50 CH3 OH C2+ HnOH • Lebensdauer der
Critical, Komponenten
Risky
Product
Market for product Isomerization De-Hydrogenating
Hydrocracking
Optional Kerosene
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 135. Was plant Hessen im Industriepark Höchst?
WEITERENTWICKLUNG ZU TECHNOLOGIEHUB ALTERNATIVE
KRAFTSTOFFE: INDUSTRIEPARK HOECHST
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 145. Was plant Hessen im Industriepark Höchst?
FORSCHUNGSVORHABEN CENA:
REALTIME POWER SUPPLY E-FUEL (REPOSE)
Technologie:
▪ Einsatz schwankungstoleranter PEM-Elektrolyseuren
▪ Einrichtung eines Pufferlagers für Wasserstoff
▪ Flexibilisierung der Fischer Tropsch Produktion der
INERATEC-Anlage
Fragestellungen u.a.:
▪ Auswirkungen typischer EE-Erzeugungsschwankungen
▪ Optimale Dimensionierung der Prozesskomponenten
▪ Koordination Stromverfügbarkeit und Steuerung der
Elektrolyse
▪ Stromprognosemodelle; Netzdienlichkeit
▪ Auswirkungen von Lastschwankungen auf Lebensdauer
von Katalysatoren, Anlagen und Produktionskosten
Förderung:
▪ Eigenes und abgegrenztes Projekt zur Forschung
▪ Förderung durch den Bund angedacht
▪ Einhaltung der Nachhaltigkeitskriterien
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 156. Was kosten Sustainable Aviation Fuels (heute – morgen)?
ERSTE GROBE KOSTENABSCHÄTZUNG:
„PIONIER-KOSTENSTRUKTUR“ - STROMKOSTEN SIND KRITISCH
• Stromkosten für EE in Deutschland
Kostenanteile • 15 ct/kWh
• 70% der Betriebskosten (vor
Absetzung für Abnutzung - AfA)
25% • CO2 Beschaffung
• Punktquelle 50-100 € pro Tonne
• Direct Air Capture 600-800 € pro
Tonne
• Investitionen noch mit Pionier-
zuschlägen
54% • Elektrolyseur 1 m€ pro MW
19% • Fischer-Tropsch Anlage 1 m€ pro
Tonne Produkt
2%
Strom • Betriebs- und Wartungskosten noch
ohne Erfahrung
CO2 • 9% / 3% auf Investitionskosten
Betrieb/Aufarbeitung • Abschreibung/Lebensdauer noch ohne
AfA Betriebserfahrung
• 10 Jahre für alle Module
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 166. Was kosten Sustainable Aviation Fuels (heute – morgen)?
STROMBEDARF:
EINE GROBE ABSCHÄTZUNG
1 Tonne Kerosin Konversionseffizienz: Energiebedarf EE Strombedarf
ca. 50% Peripherie
~ ~ ~ ~
12.500 kWh 25.000 kWh 5.000 kWh 30.000 kWh
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 176. Was kosten Sustainable Aviation Fuels (heute – morgen)?
STROMPREISE: VERGLEICH DER ALTERNATIVEN FÜR
ERNEUERBAREN STROM IN DEUTSCHLAND
Preise und Bestandteile Stromversorgungsalternativen in cts/kWh
25,00 ▪ Erforderliche Vorlaufzeiten bei
Power Purchase Agreements für
20,00 den Bau der Anlage zwischen 2
Jahren (Solar) und 3,5 – 5 Jahren
(Wind).
15,00
▪ Power Purchase Agreements stellen
diskontinuierlichen Strom.
10,00
Abpufferung durch ein
Wasserstofflager erforderlich.
5,00 ▪ Aktuell geltenden Aufschläge
werden vermutlich mit der
0,00
Überarbeitung des Erneuerbare-
Netzstrom + Power Purchase Regionalstrom Power Purchase Energien-Gesetzes zumindest
Herkunftsnachweis Agreement (Solarkraft)* Agreement (Windkraft)*
teilweise entfallen.
Strompreis HKN Leitungskosten Gesamtsumme Aufschläge
* In der Summe der Aufschläge zusammengefasst sind EEG-Abgabe (6,50 ct/kWh), Stromsteuer(2,05 ct/kWh), Offshore-Umlage(0,395
ct/kWh) und KWK-Umlage (0,254 ct/kWh). Es steht nicht fest, dass die Wasserstoffproduktion von allen diesen Aufschlägen befreit
werden wird.
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 186. Was kosten Sustainable Aviation Fuels (heute – morgen)?
STROMKOSTEN:
PRO TONNE KEROSIN
Kosten Stromversorgungsalternativen in Euro / Tonne
▪ Produktionsverfahren und
7.000 geographische Standorte sind
kritisch für die Grund-
6.000
erzeugung von Strom
5.000
▪ Räumliche Nähe der PtL
4.000
Anlage zur Stromerzeugung ist
3.000 von Vorteil
2.000 ▪ Nebenkosten und Steuern sind
zum Vergleich politisch definiert und fallen
1.000
stark ins Gewicht
0
Netzstrom + Power Purchase Regionalstrom Power Purchase Chile
Herkunftsnachweis Agreement Agreement
(Solarkraft) (Windkraft)
Strompreis Herkunftsnachweis Leitungskosten Gesamtsumme Aufschläge
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 197. Was sind die Erfolgsfaktoren für den Einsatz von Sustainable Aviation Fuels ?
KRITISCHE ERFOLGSFAKTOREN FÜR DIE „KEROSINWENDE“
ZU SUSTAINABLE AVIATION FUELS
Sustainable Aviation Fuels
Produktion Supply Chain Marktordnung
• Einzelmodule • Standorte • Nachfrage
weiterentwickeln erschließen generieren
• Systemintegration • Lieferketten • Angebot schaffen
managen
aufbauen • Investoren
• “Industrialisierung” gewinnen
wagen • Transport
sicherstellen • Spielregeln
• Alternativ-Verfahren
entwickeln • Stoffkreisläufe festlegen
schließen • Marktaufsicht
• Erneuerbare
Energien ausbauen etablieren
Geschwindigkeit, Konsequenz, Ambition
05.07.2021 Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation 20Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
2021 © Globe 1850-2018 Graphics and lead scientist: Ed Hawkins
Data: Berkeley Earth, NOAA, UK Met Office, MeteoSwiss, DWD
CENA Hessen
Centre of Competence for Climate, Environment and Noise Protection in Aviation
info@cena-hessen.de
www.cena-hessen.de
Bessie-Coleman-Straße 7
60549 Frankfurt am Main
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