Masterarbeit - Wie günstig kann Power-to-X werden

Masterarbeit - Wie günstig kann Power-to-X werden?

Forschungszentrum Jülich

52428 Jülich, Deutschland

Im Institute of Energy Technologies – Grundlagen der Elektrochemie (IET-1) forschen wir zu hochaktuellen Themen rund um die Energiewende und den Strukturwandel. Dabei beschäftigen wir uns zum Beispiel mit der Batterie der Zukunft und erforschen neuartige Batteriekonzepte. Wie man das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) vom Klimakiller zum Rohstoff der Zukunft machen könnte, ist ein weiteres spannendes Projekt, mit dem wir uns befassen.

Ziel der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind kostengünstige Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseure mit verbesserter Energie- und Leistungsdichte, längerer Lebensdauer und maximaler Sicherheit! Von zunehmender Wichtigkeit ist für uns die auf erneuerbaren Energiequellen basierende Wasserstoffproduktion mittels Hoch- und Niedertemperatur-Elektrolyse. Hier erfahren Sie mehr über unsere Mission und zukunftsweisenden Projekte:

Wir bieten Ihnen ab sofort eine spannende Masterarbeit – Wie günstig kann Power-to-X werden? Cost-Floor-Abschätzung von Investitionskosten Hochtemperaturelektrolyse-basierter PtX-Prozesse

Die techno-ökonomische Analyse (TEA) ist ein essenzielles Instrument, um vielversprechende Power-to-X(PtX)-Pfade zu identifizieren. Ein wichtiger Bestandteil der TEA ist die Abschätzung von Capital Expenditures (CAPEX), welche die Herstellungskosten eines Produktes bezogen auf den gesamten Anlagenlebenszyklus maßgeblich beeinflussen können. Die Schwierigkeit besteht insbesondere darin, dass CAPEX je nach Skalierung und Produktionsoptimierung um Größenordnungen variieren können. Ein starkes Skalierungs- und Optimierungspotenzial wurde historisch beispielsweise bei der drastischen Reduktion von Stromgestehungskosten (LCOE) basierend auf Photovoltaik oder bei Batteriespeichersystemen gehoben.

Ein Anhaltspunkt zur Abschätzung von CAPEX, die potenziell angenähert werden können, bietet die Berechnung einer unteren harten Grenze rein basierend auf den Rohstoffkosten („Material Cost Floor“). Ergänzend kann die Abschätzung um die Kosten von thermodynamisch unvermeidbaren Energieaufwänden bei der Herstellung der Anlagenelemente erweitert werden.

Der Fokus der Arbeit liegt insbesondere auf den Investitionskosten der Anlagentechnik und Komponenten von PtX-Prozessen, die auf der Hochtemperaturelektrolyse (SOEC) basieren. Diese SOEC-basierten Prozesse sind aufgrund der hohen Energieeffizienz besonders interessant, werden aber wegen der komplexeren Anlagenperipherie oftmals als CAPEX-intensiv betrachtet. Jedoch sorgt die Unabhängigkeit von seltenen Materialien, wie z.b. Edelmetallen, dafür, dass eine Skalierung zu deutlichen Kostensenkungen führen könnte. Die Abschätzung der unteren CAPEX-Grenze von verschiedenen Prozesskonfigurationen anhand des Material Cost Floor, insbesondere unter Mitberücksichtigung der Komponenten der Anlagenperipherie, ermöglicht einen Vergleich zwischen unterschiedlichen Prozessdesigns, welcher aus First-Principles-Betrachtungen hergeleitet ist.

Zudem ermöglicht die Berechnung der unteren CAPEX-Grenzen die Identifikation von CAPEX-Reduktionspotenzialen.

• Identifikation von zu bewertenden Prozesskonfigurationen anhand von bestehenden Ansätzen der techno-ökonomischen Analyse (TEA)
• Entwicklung der Abschätzungsmethodik der unteren CAPEX-Grenze mittels Analyse des Material Cost Floor und gegebenenfalls minimal nötiger Herstellungsenergie
• Gegenüberstellung mit gängigen CAPEX-Abschätzungsmethoden aus der Literatur und mit aktuellen Marktpreisen ausgewählter Komponenten
• Vergleich der Abschätzung verschiedener Prozesskonfigurationen
• Identifikation von CAPEX-Reduzierungspotenzialen
• Erweiterung von bestehenden TEA-Ansätzen durch Implementierung der entwickelten CAPEX-Abschätzung
• Dokumentation der Ergebnisse

• Laufendes Masterstudium im Bereich Maschinenbau, Produktionstechnik, Verfahrenstechnik oder Wirtschaftsingenieurwesen mit entsprechender fachlicher Vertiefung beziehungsweise in einem vergleichbaren Studiengang
• Ausgeprägtes Interesse an techno-ökonomischen Fragestellungen und der…