Um Treibhausgasemssionen (THG) zu vermeiden und den Klimawandel einzugrenzen, mÃ¼ssen emissionsarme Technologien eingesetzt werden, die erneuerbare Energien bereitstellen und fossile EnergietrÃ¤ger ersetzen. Dieser Systemwechsel ist jedoch sehr materialintensiv und fÃ¼hrt zu einer hohen Nachfrage nach kritischen Rohstoffen. Kupfer ist ein solcher Rohstoff, der fÃ¼r viele emissionsarme Technologien unerlÃ¤sslich ist. Die Herstellung von Kupfer ist ein energieintensiver Prozess. Hieraus ergeben sich zwei Herausforderungen: der flexible Betrieb in einem fluktuierenden erneuerbaren Energysystem und die Vermeidung von prozessbedingten THG-Emissionen. Der flexible Betrieb stromintensiver Prozesse kann das Stromnetz unterstÃ¼tzen und wirtschaftliche Vorteile bieten. Demand Response (DR) beschreibt Betriebsanpassungen, die durch einen wirtschaftlichen Anreiz motiviert sind, z.B. durch fluktuierende Strompreise. Unsere erste Analyse zeigt ein groÃes DR-Potenzial in zwei stromintensiven Prozessschritten der Kupferproduktion. Um das DR-Potenzial des gesamten Prozesses zu betrachten und die AbhÃ¤ngigkeiten der vielen Prozessschritte abzubilden, formulieren wir ein detailliertes Betriebsplanungsmodell einer reprÃ¤sentativen Kupferproduktion. Das entwickelte gemischt-ganzzahlige lineare Programm (MILP) ermÃ¶glicht die Minimierung der Stromkosten ohne Reduzierung der Produktionsmenge. Die ganzheitliche Planung der Produktion ermÃ¶glicht ein erhebliches DR-Potenzial das die Stromkosten um bis zu 14.2% reduziert und groÃe Teile des Strombedarfs verschiebt.Die Vermeidung von prozessbedingten THG-Emissionen ist eine Herausforderung, weil fossile EnergietrÃ¤ger in einigen Prozesssen nur schwer zu ersetzen sind. Diese Prozesse nutzen fossile Brennstoffe als Hochtemperatur-ProzesswÃ¤rme und als chemisches Reduktionsmittel. Eine aussichtsreiche Alternative fÃ¼r diese AnwendungsfÃ¤lle ist Wasserstoff (H2), wenn H2 aus erneuerbarem Strom mittels Wasserelektrolyse erzeugt wird (Power-to-H2). Der als Nebenprodukt anfallende Sauerstoff bietet weitere Vorteile, weil dieser in der Kupferproduktion verwendet werden kann. Zur optimalen Auslegung eines Power-to-H2 Systems formulieren wir ein MILP, das die annualisierten Gesamtkosten minimiert. Die resultierenden CO2-Vermeidungskosten liegen mit 201EUR/t CO2-eq Ã¼ber heutigen EU-Emissionszertifikatspreisen. Eine SensitivitÃ¤tsanalyse zeigt jedoch groÃes Potenzial durch Weiterentwicklung der Wasserelektrolyse. Die Dekarbonisierung durch Power-to-H2 bietet weiteres DR-Potenzial. Unser Betriebsplanungsmodell der dekarbonisierten Produktion zeigt, dass DR stark dazu beitrÃ¤gt niedrige CO2 Vermeidungskosten zu ermÃ¶glichen. Folglich ermittelt diese Arbeit das Potenzial einer dekarbonisierten Kupferproduktion, die ein kritisches Material fÃ¼r emissionsarme Technologien bereitstellt und das Stromnetz durch DR unterstÃ¼tzt.

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