Link: https://kaltesonne.de/power-to-x-die-loesung-oder-nur-eine-neue-sau-imklimadorf/ Please see link above for source text, embedded hotlinks, and comments. See English version following German version.
Power-to-X – DIE „Lösung“ oder nur eine neue Sau im Klimadorf? 22. Juni 2021 von Kalte Sonne Von Dr.-Ing. Detlef Ahlborn und Dr.rer.nat. Horst Heidsieck „Die Zukunft gehört der Elektromobilität“ – so verkünden es Annalena Baerbock, Ministerin Schulze und alle grünen Unterstützer bei jeder sich bietenden Gelegenheit. Aber nicht nur das – alles soll zukünftig elektrisch werden. Und wenn Frau Baerbock oder eine Ministerin das sagen, dann muss es ja stimmen – oder? Auf den ersten Blick ist Elektromobilität in der Tat eine sehr attraktive Idee – wie die Schweizer bereits seit 100 Jahren eindrucksvoll zeigen. Damals wurde die Gotthardbahn elektrifiziert. Der Strom dafür kam und kommt vornehmlich aus Wasserkraftwerken. Die Energie des Wassers hinter den Staudämmen wird – bei Bedarf – mit einer 1
Wasserturbine zu 90% in Strom umgewandelt und zu den elektrischen Lokomotiven weitergeleitet. Diese wandeln die elektrische Energie dann mit einem 90%igen Wirkungsgrad in Bewegungsenergie um. Der gesamte Wirkungsgrad des Systems liegt damit bei 80%. (Anmerkungen: Wirkungsgrade werden multipliziert.) Das ist ein phänomenal guter Wert und das ist auch der Grund, warum so viele Bahnstrecken in den Bergen elektrifiziert wurden. Unsere Altvorderen – hier besonders die Schweizer – waren gar nicht so dumm! Sie haben schon vor hundert Jahren ein nach heutigen Maßstäben mustergültiges erneuerbare-Energien-Konzept technisch umgesetzt. Und weil es so gut ist, ist es auch heute noch in Betrieb. Neben der phänomenal guten Energienutzung ist das System Wasserkraftwerke – Elektrischer Antrieb noch aus einem anderen Grund sehr lehrreich: Der Strom aus den Speicherseen wird immer nur dann erzeugt, wenn er auch tatsächlich von den Lokomotiven benötigt wird. Kein Mensch käme auf die Idee, Wasser aus den Speichern einfach ablaufen zu lassen, ohne es zu nutzen. Anders ausgedrückt: die Stromerzeugung richtet sich immer und zu jeder Zeit nach dem Strombedarf – und nicht umgekehrt. Im Fokus der deutschen Energiewende stand und steht dagegen bis heute nicht der Strombedarf, sondern die Stromproduktion. Da wir im Gegensatz zu unseren Schweizer Nachbarn keine hohen Berge mit großen Speicherseen haben, geht es bei uns beim Ersatz konventioneller, fossiler und nuklearer Stromproduktion vor allem um Strom aus Wind- und Solaranlagen (W&S-Anlagen). Da aber nachts bekanntlich keine Sonne scheint und der Wind nie konstant weht, stand – bei nüchterner und objektiver Betrachtung – eigentlich von Anfang an fest, dass dieses Ziel nicht erreichbar war und ist, da die Stromproduktion aus diesen Quellen „volatil“ ist, d.h., stark schwankt, regelmäßig bis auf null abfällt und letztlich den Zufälligkeiten und der Unvorhersehbarkeit des Wetters folgt. Stellen Sie sich einmal vor, unsere Stromversorger würden bereits heute täglich mit einem frisierten Würfel auswürfeln, wie viele ihrer Kraftwerke zur Stromproduktion am nächsten Tag ans Netz gehen sollen. Der frisierte Würfel hat drei „Einsen“, zwei „Zweien“ und einen „Dreier“. An der Wand hängen drei Tabellen, in denen die am nächsten Tag angeschalteten Kraftwerke stehen. In der „Einser-Spalte“ stehen Kraftwerke mit insgesamt 20% der maximalen Leistung, in der „Zweier-Spalte“ stehen 50% und in der „Dreier- Spalte“ 130% der Kapazität. Und dann wird ausgewürfelt, welche Produktionskapazität am nächsten Tag zur Verfügung gestellt wird: das können dann 20% oder auch 130% sein, je nachdem, wie der Würfel fällt. Sie halten das für Quatsch? Dieses zahlenmäßige Gedankenspiel ist keineswegs Spinnerei, sondern bittere Realität! Genau so stellt sich die Politik die Stromversorgung der Zukunft vor: meistens reicht die Stromproduktion nicht aus, um den Strombedarf zu decken und dennoch haben wir regelmäßig ein Überschussproblem. Man stelle sich vor, die Schweizer Bergbahnen könnten nicht mehr entsprechend ihrem Fahrplan fahren, sondern würden sich nach dem Wasserstand in den Speicherseen richten. Zumindest für die Schweizer ein absurder Gedanke!
2
Und Deutschland? Da die Würfelei in der Vergangenheit nicht funktioniert hat, gibt die Politik nun konkrete Ziele vor, um wieviel die Produktionskapazitäten für W&S in Zukunft weiter zu erhöhen sind. Alle bekannten Probleme werden dadurch weiter verschärft. Diese Vorgehensweise erinnert uns zu einem gewissen Grad an die seinerzeitige Entwicklung in der DDR: wir sind davon überzeugt, dass die Herren Honecker & Co. im Verlauf der Zeit erkannt haben, dass die Umsetzung des real existierenden Sozialismus auf deutschem Boden nicht so verlief, wie sie sich das gedacht hatten. Aber da es Politkern damals wie heute sehr schwerfällt, Fehler einzugestehen und diese gar zu korrigieren, wurden die „Anstrengungen verstärkt.“ Das Ergebnis ist bekannt…. Inzwischen sind hierzulande schon so große W&S- Kapazitäten aufgebaut, dass die produzierten Spitzenleistungen sogar an den Verbrauch bzw. Bedarf heranreichen – für die Dauer von einigen Stunden im Jahr zumindest. Meistens liefern die „erneuerbaren“ Quellen jedoch (viel) zu wenig Strom, gelegentlich aber auch zu viel. Ein weiterer Zubau der Produktionskapazitäten – wie er jetzt seitens der Politik vehement gefordert wird – wird daher unvermeidlich auch zu einer ansteigenden energetischen Überschussproduktion führen. Damit stellt sich die Frage, wohin mit dem dann aktuell nicht benötigten Strom? Leider ist – entgegen der Feststellung von Frau Baerbock – das Netz kein Speicher, sondern seine Aufnahmefähigkeit liegt bei null. Die Weissagungen zahlreicher universitärer Forschungseinrichtungen – wie das Fraunhofer IWES in Kassel und regierungsnaher „Think-Tanks“ wie Agora, – ein großflächiger Zubau würde zu einer Glättung und damit zu einer Entschärfung dieses Problems führen, haben sich bereits eindeutig nicht erfüllt. Derlei Behauptungen haben sich als glatter Betrug erwiesen. Aber anstatt eine kritische Bestandsaufnahme vorzunehmen und einzugestehen, dass wir uns auf einem nicht realisierbaren Irrweg befinden, wird intensiv nach einem Ausweg aus der sich abzeichnenden Katastrophe gesucht. Und dieser Ausweg trägt den Namen „Power-to-X.“ Es muss also schnellstens eine Lösung her, wie die durch einen forcierten W&S-Ausbau unvermeidlich erzeugten Leistungs-Überschüsse gespeichert und anschließend energetisch nutzbar gemacht werden können. Die überschüssige elektrische Energie soll zukünftig auch außerhalb des Stromsektors, etwa in der Wärmeversorgung, z.B. als Methan- oder Wasserstoffgas oder im Verkehr z.B. als sogenannte „E-fuels“, also als elektrochemisch synthetisierte Kraftstoffe, genutzt werden und dort einen Beitrag zur Dekarbonisierung leisten. X steht damit also vor allem für synthetische Brenngase oder Kraftstoffe. Natürlich kann man nicht erwarten, dass alle Politiker ein Physik- oder IngenieurStudium abgeschlossen haben. Aber die physikalischen Zusammenhänge sind nicht kompliziert oder so unüberwindlich schwierig, dass nicht auch Politiker sie verstehen könnten. Man muss nur begreifen – und akzeptieren – dass jede Umwandlung von einer Energieform in eine andere unweigerlich mit energetischen Verlusten verbunden ist. Aus sehr grundsätzlichen physikalischen Gründen fallen diese Verluste 3
unterschiedlich groß aus, je nachdem welche Ausgangsenergie in welche Endenergie umgewandelt werden soll. Diese Unterschiede können erneut beim Bahnbetrieb sehr anschaulich illustriert werden: Wie eingangs ausgeführt, wandelt eine Elektrolokomotive in ihrem Antriebsmotor elektrische Energie in mechanische Energie, d.h. Bewegungsenergie des Zugs um. Die Wirkungsgrade der Elektrolok liegen bei 90%. Wie gleich ersichtlich werden wird, nimmt die elektrische Energie bei der Wandlung in andere Energieformen eine ganz besondere Rolle ein. Eine Diesellokomotive hingegen ist ein komplettes thermisches Kraftwerk auf Rädern: Ein Teil der bei der Verbrennung des Kraftstoffs im Motor freigesetzten Wärmeenergie wird im Motor und über ein Getriebe in mechanische Energie gewandelt. Dieser mechanisch nutzbare Anteil der Wärmeenergie wird, physikalisch korrekt, auch als Arbeit bezeichnet. Der größte Teil der zugeführten Wärmeenergie des Kraftstoffs wird aber im Kühler und mit den Abgasen als Abwärme abgeführt und an die Umgebung abgegeben. Der Dieselmotor ist eine Wärmekraftmaschine und die begrenzte Nutzbarkeit der zugeführten Wärmeenergie als mechanische Energie ist keineswegs schlechter Ingenieurskunst geschuldet, sondern vielmehr eine physikalisch bedingte, grundsätzliche Eigenschaft aller Wärmekraftmaschinen. Der tiefere Grund für die begrenzte Nutzbarkeit der Wärme als mechanische Arbeit ist der von Rudolf Clausius 1850 entdeckte Zweite Hauptsatz der Thermodynamik, einem fundamentalen Naturgesetz, das die Effizienz der Energiewandlung von Wärme in mechanische Energie begrenzt. Jetzt machen wir eine Zeitreise ins 21. Jahrhundert und nehmen unseren überschüssigen Strom zur Synthese von sogenannten E-fuels (z.B. Diesel). Mit diesem synthetischen Diesel betreiben wir nun die Lokomotiven. Da es sich um einen Brennbzw. Kraftstoff handelt, sind wir mit allen energetischen Konsequenzen aus dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik auf Lokomotiven mit Verbrennungsmotor und damit auf Wärmekraftmaschinen festgelegt. Es ist genau diese Festlegung auf SyntheseBrennstoffe, die diese miserable Effizienz des gesamten Prozesses physikalisch bedingt. Alle Forschungsmilliarden der Welt können und werden daran nichts ändern: Wir wandeln überschüssigen Strom mit 50% Wirkungsgrad bei der Synthese in die Energie des Kraftstoffs und nur 25% davon werden in der Lok in mechanische Energie gewandelt. Der Gesamtwirkungsgrad schrumpft auf 12%. Der in Fachkreisen wohlbekannte Schweizer Ingenieur Aurel Stodola hat schon 1910 in seinem Standardwerk „Die Dampfturbinen“ gewarnt, „es darf daher die dringliche Mahnung an die Erfinder gerichtet werden, von ihrem zwecklosen Kampfe abzulassen und keine Mittel an die Durchführung von Ideen zu wagen, die mit dem zweiten Hauptsatze im Widerspruche stehen.“ Hundert Jahre später mangelt es weder an Professoren und Politikern noch an ungezählten Forschungsmillionen, Ideen umzusetzen, deren Effizienz von vornherein durch physikalische Gesetze begrenzt sind. Und sicher werden es die grünen „Strom-Romantiker“ nicht gerne hören und noch weniger gerne akzeptieren: der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik lässt sich nicht einfach verbieten, wie so vieles andere… Die (wie auch immer geartete) auf Elektrizität 4
gegründete Synthese von Brennstoffen entspricht aus energetischer Sicht der Logik, den Kessel einer Dampflok mit Strom aus der Oberleitung zu beheizen. Spinnerei?! Keineswegs! Im Energiewende-Neusprech heißt so etwas „Power-To-HeatTechnologie“! Wohlgemerkt: Technologie! Neben den beschriebenen unvermeidlichen Energieverlusten gibt es noch ein weiteres massives Problem: ein Mengenproblem, das durch folgenden Vergleich sehr schnell deutlich wird: Am Frankfurter Flughafen wurden in Vor-Corona-Zeiten die Flugzeuge jährlich mit 5,4 Mio. Kubikmeter Kerosin betankt. Der Energiegehalt dieses Kerosins liegt bei 50 TWh (Terawattstunden). Um die Flugzeuge zukünftig mit synthetischen Kraftstoffen betanken zu können, ist unter sehr, sehr optimistischen Annahmen für die Kraftstoffsynthese die doppelte Menge an Energie erforderlich, also 100 TWh. Das entspricht in etwa der Jahresproduktion aller ca. 30.000 deutscher OnshoreWindkraftanlagen. Mit anderen Worten: sämtliche an Land gebauten Windkraftanlagen zusammen reichen also gerade mal aus, um den Energiebetrag bereitzustellen, der für die Synthese des Treibstoffbedarfs am Frankfurter Flughafen erforderlich ist. Zur Orientierung: der Kraftstoffverbrauch in Deutschland beträgt je nach Quelle zwischen 52 und 110 Mio. t. Das entspricht ca. 65 bis 135 Mio. Kubikmeter Kraftstoff – also um Größenordnungen mehr als das Volumen, das bisher nur am Frankfurter Flughafen vertankt wurde. Ist es angesichts dieser Größenordnung realistisch zu glauben, dass Synthesekraftstoffe aus deutschem Wind- und Solarstrom eine ernstzunehmende Option für eine gesicherte Energieversorgung sind? Neben der Umwandlung von Überschussstrom in „E-Fuels“ ist natürlich auch die Nutzung von „grünem“ Wasserstoff in Betracht zu ziehen. Leider lässt sich auch für die Umwandlung von Strom in Wasserstoff der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik nicht außer Kraft setzen: Die Energie, die beim Betrieb einer Elektrolyse zur Wasserstoffherstellung aufgewandt wird, ist doppelt so groß wie die Energie, die anschließend im Wasserstoff noch vorhanden ist. Anders ausgedrückt: von der Energiemenge, die man vorne in den Prozess hineinsteckt, kommt hinten nur noch die Hälfte raus. Und sollte dieser Wasserstoff dann „rückverstromt“ werden, dann bleiben am Ende noch 25% der ursprünglich eingesetzten Strom-Energie übrig. Das führt zu der Frage: würde ein vernünftig denkender Mensch jemals auf die Idee kommen, ein Kohleoder Gaskraftwerk rückwärts laufen zu lassen, in dem Strom aufgewandt wird, um am Ende Gas oder Kohle zu erhalten…? Der Übergang zu einer ganz auf Elektrizität begründeten Energieversorgung wird heute gern als „Paradigmenwechsel“ schöngeredet, weil wir ja in Zukunft elektrische Energie im Überfluss haben. Und dieser Überfluss ist eine systemimmanente, unüberwindliche Eigenschaft des Zappelstroms. Im Kern geht es bei Power-To-X nur um das Recycling von überschüssigem, nicht verwertbaren Strommüll! Das Kernproblem aller Power To X- Konzepte besteht darin, dass wir mit „überschüssigem“ Strom Brennstoffe synthetisieren. Die Nutzung dieser überschüssigen elektrischen Energie ist damit eingeschränkt auf Wärmekraftmaschinen oder andere Wärmeanwendungen. Wenn wir mit diesen Brennstoffen eine Wärmekraftmaschine 5
betreiben, erzwingt der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik eine Limitierung der Effizienz, weil bei den Prozessen unvermeidlich auch Wärme entsteht, die am Ende wieder abgeführt werden muss. Für die gleiche Strommenge, die zum Betrieb der Gotthardbahn seit hundert Jahren benötigt wird, müssen wir heute die 16-fache Generator-Leistung in Windkraftanlagen installieren: Faktor 4 für den Wirkungsgrad und Faktor 4 für die miserable durchschnittliche Leistung. Da sich die politische Diskussion nicht nur um E-Fuels sondern vorrangig um „grünen“ Wasserstoff dreht, sei auch hier kurz aufgezeigt, dass wir es z.B. beim möglichen Ersatz von Erdgas durch Wasserstoff ebenfalls mit einem gigantischen Mengenproblem zu tun haben: Im Jahr 2019 (Statista) wurden in Deutschland 89 Mrd. m³ Erdgas verbrannt. Der Heizwert von Erdgas beträgt 10,1 kWh/m³ – der von Wasserstoff „nur´“ 3,0 kWh/m³. Unter der Voraussetzung, dass es technische Lösungen für eine Umstellung der Heizungen von Gas auf Wasserstoff geben sollte, so würden 300 Mrd. m³ Wasserstoff nur im Gebäudesektor benötigt. Zum Vergleich: dieses Volumen ist 50% größer, als Russland 2020 weltweit an Gas exportiert hat. Auch hier stellt sich also die Frage: woher soll diese Menge an Wasserstoff kommen? Das können wir drehen und wenden, wie wir wollen. Das ist der Kern der Sache! Wann wird darüber endlich offen und ehrlich gesprochen? Dr.-Ing. Detlef Ahlborn ist stellvertretender Vorsitzender der Bundesinitiative Vernunftkraft.de und Inhaber der Karl Ahlborn Maschinenfabrik KG im nordhessischen Großalmerode. Er kritisiert die Energiewende als illusionär weil die zahlenmäßigen technischen Dimensionen jeden vernünftigen Rahmen sprengen. Der Physiker Dr. rer. nat. Horst Heidsieck, hat zwischen 1990 und 2006 als CEO verschiedene Unternehmen im In- und Ausland geleitet und ist seit 2018 Mitglied der Arbeitsgruppe „Energy Reality“. Die Arbeitsgruppe besteht aus erfahrenen Ingenieuren und Naturwissenschaftlern und hat sich zum Ziel gesetzt, die Energiewende in Deutschland zu Ende zu denken.
6
Power-to-X - THE "solution" or just a new sow in the climate village? June 22, 2021 from Kalte Sonne From Dr.-Ing. Detlef Ahlborn and Dr.rer.nat. Horst Heidsieck "The future belongs to electromobility" - Annalena Baerbock, Minister Schulze and all green supporters announce it at every opportunity. But not only that - everything should be electric in the future. And if Ms. Baerbock or a minister says that, then it has to be true - right? At first glance, electromobility is indeed a very attractive idea - as the Swiss have been impressively showing for 100 years. At that time the Gotthard Railway was electrified. The electricity for this came and comes mainly from hydropower plants. If necessary, 90% of the energy in the water behind the dams is converted into electricity by a water turbine and passed on to the electric locomotives. These then convert the electrical energy into kinetic energy with a 90% efficiency. The overall efficiency of the system is 80%. ( Notes: Efficiency is multiplied.) That is a phenomenally good value and that is also the reason why so many railway lines in the mountains have been electrified. Our ancestors - here especially the Swiss - weren't that stupid at all! A hundred years ago, you technically implemented a renewable energy concept that is exemplary by today's standards. And because it's so good, it's still in use today. 7
In addition to the phenomenally good use of energy, the hydropower - electric drive system is very instructive for another reason: the electricity from the reservoirs is only generated when it is actually needed by the locomotives. It would not occur to anyone to simply let the water drain from the storage tanks without using it. In other words: electricity generation is always based on electricity demand - and not the other way around. In contrast, the focus of the German energy transition was and still is today not on electricity demand , but on electricity production . Since, unlike our Swiss neighbors, we do not have high mountains with large reservoirs, the replacement of conventional, fossil and nuclear electricity production is primarily about electricity from wind and solar systems (W&S systems). Since, as is well known, no sun shines at night and the wind never blows constantly, it was actually clear from the beginning - on sober and objective observation - that this goal was and is not achievable, since the electricity production from these sources is "volatile", fluctuates strongly, regularly drops to zero and ultimately follows the randomness and unpredictability of the weather. Imagine if our electricity suppliers were already throwing a souped-up dice every day how many of their power plants should be connected to the grid the next day to produce electricity. The souped-up die has three "ones", two "twos" and one "threesome". There are three tables on the wall listing the power plants that will be switched on the next day. The “one column” shows power plants with a total of 20% of the maximum output, the “two column” shows 50% and the “three column” 130% of the capacity. And then it is rolled out which production capacity will be made available the next day: that can then be 20% or 130%, depending on how the die is cast. You think that's nonsense? This numerical mind game is by no means crazy, but bitter reality!This is exactly how politicians envision the power supply of the future: most of the time, electricity production is insufficient to cover the electricity demand, and yet we regularly have a surplus problem. Imagine if the Swiss mountain railways could no longer operate according to their timetable, but would instead operate according to the water level in the reservoirs. At least for the Swiss, an absurd thought! And Germany? Since the dice did not work in the past, politicians are now setting specific targets for how much the production capacities for W&S need to be increased in the future. This further exacerbates all known problems. This approach reminds us to a certain extent of the development in the GDR at that time: we are convinced that Messrs Honecker & Co. have recognized over time that the implementation of the real existing socialism on German soil did not go as it should they thought so. But since it was very difficult for politicians then as now to admit mistakes and even to correct them, the “efforts were increased.” The result is known…. In the meantime, such large W&S capacities have already been built up in this country that the peak performances produced even come close to consumption or demand - at least for a few hours a year. Most of the time, however, the “renewable” sources deliver (far) too little electricity, and occasionally too much. A further expansion of the production capacities - as it is now vehemently demanded by politicians - will inevitably lead to an increase in excess energy production. This begs the question of where to put the electricity that is not currently required? 8
Unfortunately - contrary to Ms. Baerbock's statement - the network is not a storage medium, but its capacity is zero.The predictions of numerous university research institutions - such as the Fraunhofer IWES in Kassel and government-related think tanks such as Agora - a large-scale extension would smooth out and thus alleviate this problem, have clearly not been fulfilled. Such claims have proven to be outright fraud. But instead of taking a critical inventory and admitting that we are on an unrealizable wrong path, a way out of the looming catastrophe is being sought intensively. And this way out is called "Power-to-X." A solution must therefore be found as soon as possible, as to how the surplus power that is inevitably generated by a forced W&S expansion can be stored and then made energetically usable. In the future, the surplus electrical energy will also be used outside the electricity sector, for example in the heat supply, e.g. as methane or hydrogen gas or in transport, e.g. as so-called "e-fuels", i.e. as electrochemically synthesized fuels, and make a contribution to decarbonization there. X therefore mainly stands for synthetic fuel gases or fuels. Of course, you can't expect all politicians to have a degree in physics or engineering. But the physical relationships are not complicated or so insurmountably difficult that politicians cannot understand them too. One just has to understand - and accept - that every transformation from one form of energy to another is inevitably associated with energetic losses. For very fundamental physical reasons, these losses vary in size, depending on which output energy is to be converted into which final energy. These differences can again be illustrated very clearly in rail operations: As stated at the beginning, an electric locomotive converts electrical energy into mechanical energy, ie the train's kinetic energy, in its drive motor. The efficiency of the electric locomotive is 90%. As you will soon see, electrical energy plays a very special role in the conversion into other forms of energy. A diesel locomotive, on the other hand, is a complete thermal power plant on wheels: Part of the thermal energy released when the fuel is burned in the engine is converted into mechanical energy in the engine and via a transmission. This mechanically usable part of the thermal energy is, physically correct, also referred to as work. Most of the heat energy supplied by the fuel is dissipated in the cooler and with the exhaust gases as waste heat and given off to the environment. The diesel engine is a heat engine and the limited usability of the heat energy supplied as mechanical energy is by no means due to bad engineering, but rather a physically determined, fundamental property of all heat engines.The deeper reason for the limited usability of heat as mechanical work is the Second Law of Thermodynamics, discovered by Rudolf Clausius in 1850, a fundamental law of nature that limits the efficiency of the energy conversion from heat into mechanical energy. Now we are traveling back in time into the 21st century and using our surplus electricity to synthesize so-called e-fuels (e.g. diesel). We are now running the locomotives with this synthetic diesel. Since it is a fuel, with all the energetic consequences from the Second Law of Thermodynamics, we are committed to locomotives with internal combustion engines and thus to heat engines. It is precisely this commitment to synthetic fuels that physically causes this 9
miserable efficiency of the entire process. All the billions in research in the world cannot and will not change anything: We convert excess electricity with 50% efficiency during synthesis into the energy of the fuel and only 25% of it is converted into mechanical energy in the locomotive. The overall efficiency shrinks to 12%. The Swiss engineer Aurel Stodola, who is well known in specialist circles, warned in his standard work “Die Dampfturbinen” as early as 1910 that “an urgent warning may therefore be directed to the inventors to abandon their futile struggle and not dare to implement ideas that contradict the second law. ”A hundred years later, there is no shortage of professors and politicians, nor of countless millions of researchers to implement ideas whose efficiency is limited from the outset by the laws of physics. And the green “electricity romantics” will certainly not like to hear it and even less like to accept it: the second law of thermodynamics cannot simply be forbidden,like so many other things ... The synthesis of fuels based on electricity (whatever it is) corresponds, from an energetic point of view, to the logic of heating the boiler of a steam locomotive with electricity from the overhead line. Spinning?! By no means! In the Newspeak of the Energiewende, something like this is called “Power-To-Heat Technology”! Mind you: technology! In addition to the inevitable energy losses described, there is another massive problem: a quantity problem that becomes clear very quickly with the following comparison: In pre-Corona times, the aircraft at Frankfurt Airport were refueled with 5.4 million cubic meters of kerosene annually. The energy content of this kerosene is 50 TWh (terawatt hours). In order to be able to refuel the aircraft with synthetic fuels in the future, under very, very optimistic assumptions, double the amount of energy is required for the fuel synthesis, i.e. 100 TWh. This roughly corresponds to the annual production of all around 30,000 German onshore wind turbines. In other words: all the wind turbines built on land together are just enough to provide the amount of energy required to synthesize the fuel requirements at Frankfurt Airport. For orientation: fuel consumption in Germany is between 52 and 110 million t, depending on the source. That corresponds to around 65 to 135 million cubic meters of fuel - that is, orders of magnitude more than the volume that was previously only refueled at Frankfurt Airport. Given this magnitude, is it realistic to believe that synthetic fuels from German wind and solar power are a serious option for a secure energy supply? In addition to converting excess electricity into “e-fuels”, the use of “green” hydrogen must of course also be considered. Unfortunately, the second law of thermodynamics cannot be overridden for the conversion of electricity into hydrogen: The energy that is used to produce hydrogen during electrolysis is twice as large as the energy that is subsequently still available in the hydrogen. In other words: of the amount of energy that is put into the process at the front, only half comes out at the back. And if this hydrogen is then "converted back into electricity", then in the end there will still be 25% of the electricity energy originally used. This leads to the question: would a sensible person ever get the idea of running a coal or gas power plant in reverse,in which electricity is used to end up with gas or coal ...? The transition to an energy supply based entirely on electricity is now often glossed over as a “paradigm shift” because we will have an abundance of electrical energy in the future. And this
10
abundance is an intrinsic, insurmountable property of the fidgeting stream. At its core, PowerTo-X is all about recycling excess, non-usable electricity waste ! The core problem of all Power To X concepts is that we use “excess” electricity to synthesize fuel. The use of this excess electrical energy is therefore restricted to heat engines or other heat applications. If we operate a heat engine with these fuels, the second law of thermodynamics enforces a limitation of efficiency, because the processes inevitably generate heat that has to be dissipated again at the end. For the same amount of electricity that has been required to operate the Gotthard Railway for a hundred years, we now have to install 16 times the generator output in wind turbines: factor 4 for the efficiency and factor 4 for the miserable average output. Since the political discussion is not only about e-fuels but primarily about "green" hydrogen, it should also be briefly shown here that we are also faced with a gigantic quantity problem when it comes to replacing natural gas with hydrogen, for example: In 2019 (Statista), 89 billion m³ of natural gas were burned in Germany. The calorific value of natural gas is 10.1 kWh / m³ - that of hydrogen "only" 3.0 kWh / m³. Assuming that there are technical solutions for converting heating from gas to hydrogen, 300 billion m³ of hydrogen would only be needed in the building sector. For comparison: this volume is 50% larger than Russia exported gas worldwide in 2020. Here, too, the question arises: where should this amount of hydrogen come from? We can twist and turn that however we want. That is the heart of the matter! When will this finally be discussed openly and honestly? Dr.-Ing. Detlef Ahlborn is deputy chairman of the federal initiative Vernunftkraft.de and owner of Karl Ahlborn Maschinenfabrik KG in Großalmerode in North Hesse. He criticizes the energy transition as illusory because the numerical technical dimensions go beyond any reasonable framework. Physicist Dr. rer. nat. Horst Heidsieck , was CEO of various companies in Germany and abroad between 1990 and 2006 and has been a member of the "Energy Reality" working group since 2018. The working group consists of experienced engineers and natural scientists and has set itself the goal of thinking through the energy transition in Germany.
11