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Techno-ökonomische Analyse alternativer Wasserstoffinfrastruktur = Techno-economic analysis of hydrogen infrastructure alternatives
2019
Dissertation, RWTH Aachen University, 2019
Druckausgabe: 2019. - Onlineausgabe: 2019. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2019-05-16
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-07432
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/765438/files/765438.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
fuel cell electric vehicles (frei) ; hydrogen infrastructure (frei) ; hydrogen supply chain (frei) ; hydrogen transport (frei) ; liquid organic hydrogen carriers (frei) ; renewable mobility (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Die Dekarbonisierung des Verkehrssektors stellt eine der größten Herausforderungen der Energiewende nach dem Pariser Klimaabkommen dar. Sektorenkopplung in Kombination mit einem Wechsel der Antriebstechnologie hin zu Fahrzeugen mit Batterie- oder Brennstoffzellenantrieb bietet eine potenzielle Lösung. Für die Versorgung von Brennstoffzellenfahrzeuge sind jedoch viele unterschiedliche Technologien sowie Kombination aus diesen verfügbar. Ziel dieser Arbeit ist es, eine Bewertung von Wasserstoffinfrastrukturoptionen zur Versorgung des Mobilitätssektors mit Wasserstoff durchzuführen und dabei relevante Technologien für zukünftige Versorgungssysteme für eine auf Wasserstoff basierte Mobilität in unterschiedlichen Regionen zu identifizieren. Des Weiteren gilt es, den Einfluss regionaler Rahmenparameter auf die Technologieauswahl zu erarbeiten sowie Schlussfolgerungen hinsichtlich der Übertragbarkeit von Ergebnissen zu liefern. Um diese Ziele zu erreichen, wurde in einem ersten Schritt ein techno-ökonomisches Bewertungsmodell entwickelt, das in abstrakter Weise unabhängig von regionalen Besonderheiten Anwendungsgebiete von Technologieoptionen identifizieren kann. Der größte Anwendungsbereich fällt dabei auf die Speicherung per Salzkaverne, der Transmission per Pipeline zu einem Hub und der anschließenden Distribution per GH2-Trailer an die Tankstelle. Ein hoher Wasserstoffabsatz begünstigt dabei effiziente, aber investitionsintensive Systeme wie Salzkaverne und Pipeline. In einem zweiten Schritt wurde das Modell um GIS-basierte Verfahren erweitert, um regionale Infrastrukturen analysieren zu können. Diese wurden auf die Länder Deutschland, Frankreich und Japan angewandt und für drei Marktdurchdringungsszenarien analysiert (25 %, 50 % und 75 %). Die individuellen Rahmenbedingungen jedes Landes besitzen stets Einfluss auf die Technologieauswahl. Insbesondere geologische Großspeicher sowie Transmissionspipelines stellen allerdings Schlüsseltechnologien für Wasserstoffversorgungssysteme dar. Flüssigwasserstofftransport per LKW ist die günstigste Alternative zum Pipelinetransport und kann bei Fehlen geologischer Großspeicher zur günstigsten Technologieoption werden. Die vielversprechende LOHC-Technologie benötigt für den Logistikeinsatz zur Versorgung einer 700 bar Mobilität weiteren Forschungsbedarf, insbesondere in der Bereitstellung CO2 armer Wärme für die Dehydrierung. Für alle untersuchten Technologiepfade bieten Brennstoffzellenfahrzeuge CO2-arme Mobilität, wobei bei hohen Wasserstoffumsätzen die kostengünstigste Option mit den niedrigsten CO2-Emissionen einhergeht.The decarbonisation of private transportation remains a challenge to tackle climate change. The utilization of green hydrogen for fuel cell electric vehicles offers a solution for that issue, but the hydrogen supply chain from production to refueling has lots of technological alternatives. The research objective of this work is to evaluate hydrogen infrastructure alternatives to supply the mobility sector with hydrogen and identify relevant technologies for that application in different regions. Furthermore, the influence of regional boundary conditions on the technology selection has to be investigated while drawing conclusions about the transferability of the given results. To achieve these objectives, a techno-economic model for the evaluation of various hydrogen supply chains was developed. Hence, different application areas depending on transportation distance and hydrogen demand were identified. The biggest area was occupied by hydrogen storage in salt cavern, transmission via pipeline and distribution by gaseous compressed hydrogen in trailer. An increasing hydrogen demand favors efficient, but cost-intensive systems like salt caverns or pipelines. In a second step, the techno-economic model was expanded by additional GIS based methods to implement regional features into the analysis. Afterwards, the model was applied on Germany, France and Japan for three different stock shares of fuel cell electric vehicles (25 %, 50 %, and 75 %).The individual regional features of each country have always impact on the final technology selection. Nevertheless, geological storage formations and transmission pipelines are identified as key technologies for future hydrogen supply systems. Liquid hydrogen is cost-competitive if geological storage options like salt caverns are not available. Meanwhile, the promising LOHC technology requires further research especially regarding the CO2 lean heat supply of the dehydrogenation. Finally, all investigated hydrogen supply chains enable CO2 lean mobility with fuel cell electric vehicles. The most important factor remains the production of hydrogen with low greenhouse gas emissions.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT020161120
Interne Identnummern
RWTH-2019-07432
Datensatz-ID: 765438
Beteiligte Länder
Germany
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