Assessment of the Technological Development and Economic Potential of Photobioreactors

 

Projektlaufzeit: 10/2008 - 1/2009

  Investment-Szenarien als Funktion der jährlichen Sonneneinstrahlung (Quelle: Holtermann and Madlener, 2009) Investment-Szenarien als Funktion der jährlichen Sonneneinstrahlung (Quelle: Holtermann and Madlener, 2009)

In diesem selbst geförderten Forschungsprojekt untersuchen wir die technologische Entwicklung und das wirtschaftliche Potential der Photobioreaktor (PBR) -Technologie für Energiezwecke, d.h. für die Herstellung von Wasserstoff oder Biokraftstoffen. Der angewandte generalisierte Ansatz berücksichtigt die Technologie, die zu erwartenden Kosten und Einnahmen und die damit verbundenen Risiken aus der Perspektive eines Investors.

Zu diesem Zweck haben wir ein Investmentmodell entwickelt, um die wirtschaftliche Machbarkeit der PBRs für verschiedene Szenarien zu berechnen, darunter ein Best-Case-Szenario mit viel Sonnenlicht und Wasser, preiswerte Nährstoffe, hohe Preise für Wasserstoff und Biomasse, und geringe andere Kosten. Das Best-Case-Szenario wird verglichen mit einem Szenario mit weniger günstigen Randbedingungen.

Die Idee hinter PBRs ist einfach zu handhabende, phototrophe Mikroorganismen wie Algen oder Cyanobakterien in einem lichtdurchlässigen Reaktor zu halten. Phototrophe Organismen können sich mit Energie aus Sonnenlicht versorgen, indem dieses in chemische Energie umgewandelt wird. In den letzten Jahren sind PBRs umfassend diskutiert und als innovative Energietechnik gepriesen worden, welche in der Zukunft auch für kommerzielle Zwecke der Energieversorgung genutzt werden könnten.

Im Gegensatz zur konventionellen Biomasseproduktion auf Äckern ist PBR im Wesentlichen ein geschlossenes System mit definierten Schnittstellen zur Umgebung. Dies birgt Potentiale, um die ökologischen Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren und die Effizienz der Energieumwandlung zu erhöhen. Auch unter dem Einfluss der Sonneneinstrahlung sind einige Algen in der Lage Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen. Darüber hinaus verbrauchen phototrophe Organismen während der photosynthetischen Aktivität CO2, so dass die Einrichtung eines lokalen Kohlenstoffkreislaufs durch Verbinden von Kohlekraftwerke mit nahegelegenen PBR-Systemen ermöglicht wird. Die Fähigkeit CO2 zu absorbieren und Biomasse und Wasserstoff in der gleichen Zeit zu produzieren ist einzigartig und macht PBR zu einer interessanten neuen Technologie, welche weiter als zukünftige Option für Energieerzeugungssysteme mit reduzierten CO2-Emissionen untersucht werden kann, trotz des aktuell niedrigen Wirkungsgrades von im besten Fall nur rund 6%.

Unsere Untersuchungen zeigen, dass die PBR Effizienzwerte wahrscheinlich weniger als 10% betragen, mit durchschnittlichen Werten zwischen 1,8 bis 5,6%. Zudem zeigt sich, dass die Wasserstoffproduktionskosten hergestellt in PBRs niedriger wären als die für Biodiesel oder Biogas aus fester Biomasse. Im Vergleich zu Biokraftstoffen aus traditioneller Landwirtschaft besteht ein großer Vorteil in der PBR-Technologie hinsichtlich Landknappheit und effizienter Landnutzung. Seit PBRs als geschlossenes System konzipiert werden, können diese im Prinzip auch in sehr trockenen Regionen eingesetzt werden. Auf lange Sicht könnte dies dem vielversprechenden Konzept ermöglichen den Energieversorgungsmarkt zu durchdringen.

Projektpublikationen

Holtermann T., Madlener R. (2009). Assessment of the Technological Development and Economic Potential of Photobioreactos, FCN Working Paper No. 8/2009, Institute for Future Energy Consumer Needs and Behavior, RWTH Aachen University, November.

Abschlussarbeiten

Holtermann, T. (2009). Assessment of the Technological Development and Economic Potential of Photobioreactors, Studienarbeit, Lehrstuhl für Wirtschaftswissenschaften, insb. Energieökonomik, Fakultät für Wirtschaftswissenschaften, RWTH Aachen University.

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