Prozessdetails: VerflüssigungLH2-CA-2020

1.1 Beschreibung

Wasserstoff-Verflüssigung zur LH2-Herstellung, Daten nach #1:
Betrachtet wird eine generische Verflüssigungsanlage ohne evtl. mögliche Technologiedifferenzierung, aber unterschieden in zentral (groß; etwa 10.000 kg H2 / h) und dezentral (klein; etwa 100 kg H2 / h). Wichtige Literaturdaten und die hier abgeschätzten Rechenwerte sind in Tabelle 3-2 zusammengefasst.
Erläuterungen
Energieverbrauch: In [Bossel et al. 2005] wird eine Kurve Energieverbrauch / Kapazität dargestellt. Für die oben angegebenen Kapazitäten resultieren Größen die 20% bis 25% über den Extrema nach [LBST 2001] liegen. Die Rechenwerte orientieren sich wie folgt an den Quellen:
zentral
2005: Maximum nach [LBST 2001]
2020: Mittel 2005/30
2030: Wert nach [Bossel et al. 2005]
dezentral: 2 x zentral
Verluste: über den Energieverbrauch der Vorstufe (Elektrolyse) erfasst
Weitere Luftschadstoffemissionen: keine
Betriebsstoffe, feste Reststoffe: keine
Flächenbedarf: [LBST 2001] enthält Flächenangaben, die hier für die zentrale Anlagen und für alle Bezugsjahre identisch übernommen werden. Für die dezentrale Anlagen wird der 4-fache Wert angesetzt (Abschätzung auf Basis von Berechnungen in [LBST 2001] für verschiedene Größen).
Materialvorleistungen: Es liegen keine Informationen mit direktem Bezug vor. Hilfsweise werden die Aufwendungen für die Erdgasverflüssigung mit der Relation des Stromverbrauchs H2- / Erdgasverflüssigung skaliert. Begründen lässt sich der Ansatz damit, dass dem höheren Stromverbrauch bei LH2 mehr Prozessstufen usw. gegenüber stehen.
Kosteninformationen (Investitions- und Betriebskosten):
Investitionskosten: [LBST 2001] gibt Kosten für 1- bis 4-strängige Anlagen mit einer Gesamtkapazität von 156 t / d an. Mit Lebensdauer und Volllaststunden werden die Kosten pro MJ berechnet. Die Kosten für die 4-strängige Anlagen werden für 2005, die der 1-strängigen für 2030 angesetzt (ohne die in [LBST 2001] angesetzte Spezifikation damit notwendig zu verbinden, die 1-strängige Anlagen würde allerdings die Kapazität aller bis jetzt gebauten übertreffen); für 2020 wird der Mittelwert angesetzt.
Betriebskosten: siehe Elektrolyse
Personaleinsatz (Personen je Anlage bzw. Durchsatz): Es liegen keine Informationen vor. Hilfsweise wird der Wert für die Elektrolyse übernommen.

1.2 Referenzen

  1. Patyk, Andreas 2008: Stoffstrom- und Kostendaten zu LNG, H2 und Synthetischem Rohöl; Dokumentation; Arbeitspapier i.A. des Öko-Instituts im Rahmen des BMU-geförderten Verbundvorhabens "renewbility"; Heidelberg
  2. Originaldokumentation von 'VerflüssigungLH2-CA-2020'

1.3 ProBas-Anmerkungen

Kurzinfo: Datensatz aus GEMIS. Negative Werte durch Gutschriftenrechnung. Werte des Prozesses in Spalte ‚Prozess direkt’, Werte des Prozesses einschließlich Vorkette in Spalte ‚Prozess inkl. Vorkette’. Weiter…

GEMIS steht für „Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme&“; es ist ein Softwaretool des Öko-Instituts. GEMIS wurde 1987 erstmals angewendet und wird seitdem weiterentwickelt.

Die GEMIS-Datensätze beruhen - je nach Anwendung - auf unterschiedlichen Methoden; auch der zeitliche und der örtliche Bezug der Datensätze sind verschieden.

Methode bei Prozessen mit mehreren Outputs:

Zur Modellierung der Datensätze zu Multi-Output Prozessen wird in GEMIS die Methode der Systemerweiterung verwendet. Hierbei werden Datensätze, in denen jeweils alle Inputs, alle Outputs und alle Umweltaspekte eines Multi-Output Prozesses ausgewiesen sind, als „Brutto&“ bezeichnet. Durch Subtraktion von ‚Bonus’-Prozessen, die jeweils einen der Outputs auf herkömmliche Weise bereitstellen, entsteht ein Nettoprozess, in denen das substituierte Nebenprodukt als Gutschrift erscheint. Die Gutschrift ist dabei kein realer Output des Prozesses, sondern ein rechnerischer ‚Merker’.

Beispiel (s.a. Bild 1):

Multi-Output Prozess Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/brutto: Output ist 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ Wärme, der „Netto&“-Datensatz soll sich aber nur auf die Elektrizität beziehen. Durch Subtraktion des Bonusprozesses Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020 mit dem Output Wärme(0,6 TJ) entsteht der „Netto&“-Datensatz Biogas-BZ-MC-HKW-D-2020/Gas, für den als Output 1 TJ Elektrizität und 0,6 TJ ‚Gutschrift Wärme-Bonus-für-KWK (Bio)-2020 bei Wärme-Bonus-Gas-Hzg-D-2020’ angegeben werden; die Gutschrift stellt keinen Stoff- oder Energiefluss des Prozesses dar, sie ist allein rechnerisch begründet.

Bild 1: Beispiel zur GEMIS-Methode der Gutschriftsrechnung / Systemerweiterung

Transport:

Angaben zu den angesetzten Transportdistanzen werden nicht gegeben.

Abschneidekriterien:

Wasser wird in der Regel nur auf der Inputseite angegeben (etwa als Kühlwasser), auch wenn es den Prozess wieder verlässt als Abwasser.
Weitere Angaben zu angewendeten Abschneidekriterien werden nicht gegeben.

Besondere Nomenklatur:

Zahlreiche Abkürzungen für Brennstoffe aus Biomasse und entsprechende Technologien, siehe Glossar #link#.

Besonderheiten auf Datensatzebene:

Die Datensätze sind mit Vorketten-Datensätzen verknüpft, in denen die jeweils benötigten Vorprodukte, Energien und Transportleistungen erzeugt werden. Die Daten zu den Umweltaspekten werden erstens „direkt&“ (d.h., nur aus dem jeweiligen Prozess, falls dieser direkt zu Umweltaspekten beiträgt) als auch „mit Vorkette&“ (d.h., einschließlich aller vorausgehenden Prozesse) ausgewiesen.
Negative Werte für Stoffflüsse kommen in GEMIS regelmäßig vor; sie entstehen durch die Anwendung von Systemerweiterung (#link auf Systemerweiterung oben) um Multi-Output Prozesse in Single Output Prozesse umzurechnen.
Teilweise werden Aufwendungen für Produktionsmittel (Anlagen, Fahrzeuge etc.) aufgeführt (als Stoffflüsse im Input); diese sind jedoch nicht auf die funktionelle Einheit bezogen, sondern werden als absolute Werte angegeben; sie werden nur als Input und nicht als Output (Entsorgung der Betriebsmittel) angegeben.
Die durch die Herstellung dieser Produktionsmittel verursachten Umweltaspekte sind dagegen über Leistung, jährliche Auslastung und Lebensdauer auf die funktionelle Einheit bezogen

Weiterführende Hinweise und Literatur:

#1: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.2, Handbuch, Darmstadt, August 2004.
#2: Fritsche, U.R., Schmidt, K.: Globales Emissions-Modell Integrierter Systeme (GEMIS), Version 4.1, Handbuch, Darmstadt, Darmstadt, Januar 2003.
#3: Fritsche, U., et al.: Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse, Verbundprojekt gefördert vom BMU im Rahmen des ZIP, Projektträger: FZ Jülich, Mai 2004, Anhangband zum Endbericht.
#4: Fritsche, U., et al.: Umweltanalyse von Energie-, Transport- und Stoffsystemen: Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme (GEMIS) Version 2.1 - erweiterter und aktualisierter Endbericht, U. Fritsche u.a., i.A. des Hessischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Bundesangelegenheiten (HMUEB), veröffentlicht durch HMUEB, Wiesbaden 1995

Website: http://www.gemis.de

1.4 Weitere Metadaten

Quelle Öko-Institut
Projekte -
Bearbeitet durch IINAS - International Institute for Sustainability Analysis
Datensatzprüfung ja
Ortsbezug Kanada
Zeitbezug 2020

1.5 Technische Kennwerte

Funktionelle Einheit 1 TJ H2-regenerativ-flüssig (LH2)
Auslastung 7000 h/a
Brenn-/Einsatzstoff Brennstoffe-Sonstige
Flächeninanspruchnahme 9975 m²
gesicherte Leistung 100 %
Jahr 2020
Lebensdauer 25 a
Leistung 75 MW
Nutzungsgrad 100 %
Produkt Brennstoffe

Funktionelle Einheit ist »1 TJ H2-regenerativ-flüssig (LH2)«.

Inputs - Aufwendungen für den Prozess

Input Aus Vorprozess Menge Einheit
Elektrizität Gas-KW-GuD-CA-2020 0,32 TJ
H2 (energetisch) FabrikH2-CA-2020 1 TJ

Inputs - Aufwendungen für Produktionsmittel

Produkt Aus Vorprozess Menge Einheit
Stahl MetallStahl-Elektro-DE-2020 150000 kg
Zement Steine-ErdenZement-DE-2000 1000000 kg

Outputs

Output Menge Einheit
H2-regenerativ-flüssig (LH2) 1 TJ
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Funktionelle Einheit ist »1 TJ H2-regenerativ-flüssig (LH2)«.

Ressourcen

Ressource inkl. Vorkette Einheit
Abwärme -57,8*10-12 TJ
Atomkraft 0,00205 TJ
Biomasse-Anbau -533*10-9 TJ
Biomasse-Anbau 0,00162 kg
Biomasse-Reststoffe 61,8*10-6 TJ
Biomasse-Reststoffe -43,7*10-6 kg
Braunkohle 0,00641 TJ
Eisen-Schrott 156 kg
Erdgas 0,564 TJ
Erdgas 0,437 kg
Erdöl 0,0124 kg
Erdöl 0,00554 TJ
Erze 291 kg
Fe-Schrott 487*10-9 kg
Geothermie 1,41*10-6 TJ
Luft 18,1 kg
Mineralien 6925 kg
Müll 0,000512 TJ
NE-Schrott 0,00712 kg
Sekundärrohstoffe 2,95 kg
Sekundärrohstoffe 0,000714 TJ
Sonne 9,58*10-6 TJ
Steinkohle 0,0122 TJ
Wasser 70159 kg
Wasserkraft 1,48 TJ
Wind 60,6*10-6 TJ

Ressourcen (Aggregierte Werte, KEA, KEV, KRA)

Ressource inkl. Vorkette Einheit
KEA-andere 0,00123 TJ
KEA-erneuerbar 1,48 TJ
KEA-nichterneuerbar 0,59 TJ
KEV-andere 0,00123 TJ
KEV-erneuerbar 1,48 TJ
KEV-nichterneuerbar 0,59 TJ

Luftemissionen

Luftemission inkl. Vorkette Einheit
As (Luft) 28,7*10-6 kg
Cd (Luft) 15,8*10-6 kg
CH4 28,8 kg
CO 27,4 kg
CO2 36798 kg
Cr (Luft) 0,000106 kg
H2S 8,39*10-6 kg
HCl 0,0324 kg
HF 0,00671 kg
HFC-125 0 kg
HFC-134 0 kg
HFC-134a 0 kg
HFC-143 0 kg
HFC-143a 0 kg
HFC-152a 0 kg
HFC-227 0 kg
HFC-23 0 kg
HFC-236 0 kg
HFC-245 0 kg
HFC-32 0 kg
HFC-43-10mee 0 kg
Hg (Luft) 47,3*10-6 kg
N2O 1,17 kg
NH3 0,00136 kg
Ni (Luft) 0,000169 kg
NMVOC 2,87 kg
NOx 36 kg
PAH (Luft) 6,62*10-9 kg
Pb (Luft) 0,00061 kg
PCDD/F (Luft) 1*10-9 kg
Perfluoraethan 0,000357 kg
Perfluorbutan 0 kg
Perfluorcyclobutan 0 kg
Perfluorhexan 0 kg
Perfluormethan 0,0028 kg
Perfluorpentan 0 kg
Perfluorpropan 0 kg
SF6 0 kg
SO2 2,36 kg
Staub 2,32 kg

Luftemissionen (Aggregierte Werte, TOPP-Äquivalent, SO2-Äquivalent, inkl. Vorkette)

Luftemission inkl. Vorkette Einheit
CO2-Äquivalent 37891 kg
SO2-Äquivalent 27,4 kg
TOPP-Äquivalent 50,1 kg

Gewässereinleitungen

Gewässereinleitung inkl. Vorkette Einheit
anorg. Salze 0,0392 kg
AOX 2,74*10-6 kg
As (Abwasser) 4,76*10-12 kg
BSB5 0,211 kg
Cd (Abwasser) 11,6*10-12 kg
Cr (Abwasser) 11,5*10-12 kg
CSB 7,48 kg
Hg (Abwasser) 5,82*10-12 kg
Müll-atomar (hochaktiv) 0,000695 kg
N 0,000598 kg
P 10,4*10-6 kg
Pb (Abwasser) 75,9*10-12 kg

Abfälle

Abfall direkt inkl. Vorkette Einheit
Abraum 0 9957 kg
Asche 0 41,3 kg
Produktionsabfall 0 110 kg
REA-Reststoff 0 12,4 kg
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