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Um das Pariser Klimaschutzabkommen zu erfüllen, wurden im deutschen Klimaschutzplan 2050 ambitionierte Ziele festgesetzt. Die direkte Nutzung erneuerbarer Energien und die Sektorenkopplung sind dabei zentrale Maßnahmen, um die Defossilisierung der Wirtschaft voranzubringen (BMUB 2016). Vielversprechende Ansätze, um den Anteil erneuerbarer Energien durch Stromnutzung in den Sektoren mit bisher geringen Treibhausgasreduktionen - Wärme, Verkehr und Industrie - zu erhöhen, bieten Power-to-X-Technologien. Dabei wird Strom für die spätere energetische Nutzung gespeichert oder über technische Verfahren zur Herstellung von Wertschöpfungsprodukten bzw. für Dienstleistungen eingesetzt. Mit Hilfe von Power-to-X-Technologien wird so das Sektorenkopplungspotenzial von Strom erschlossen und gleichzeitig werden Defossilisierungsoptionen insbesondere für die oben genannten Sektoren eröffnet. Durch die Vielfalt an Verfahren und die großen Nutzungspotenziale stehen Power-to-X-Technologien derzeit im Fokus einer größeren Debatte. Eine Analyse zur Begriffsverwendung in der Literatur zeigt, dass kein Konsens zur Definition von Power-to‑X und den zugehörigen Technologien besteht: Teilweise wird der Begriff spezifisch für nur wenige technologische Konzepte verwendet, auf der anderen Seite aber auch sehr breit und für eine große Vielfalt an Konzepten. Dieser Artikel zeigt die bisherige Begriffsverwendung in ihrer Bandbreite auf, arbeitet Gemeinsamkeiten und Differenzierungsmerkmale heraus und leitet eine Systematik des Power-to-X-Ansatzes ab. Auf dieser Grundlage wird ein Definitionsvorschlag formuliert, mit dem Power-to-X-Technologien anschließend eindeutig identifiziert und sinnvoll in Kategorien eingeordnet werden. Dies soll einen Beitrag leisten zu einem einheitlichen Verständnis von Power-to‑X, auf dessen Grundlage die Diskussion um verfügbare Technologien und deren Entwicklungsmöglichkeiten für Anwendungen geführt werden kann.

Hydrogen offers excellent potential for cross-sector decarbonization through power-to-gas technologies necessary for climate policy. However, studies show that the planned expansion of electrolysis technologies according to current future scenarios will not produce sufficient quantities of hydrogen. One way to address this challenge is to optimize electrolysis technologies, which would increase efficiency and, at the same time, increase hydrogen yield. This approach raises the question of the limit of optimizability. This paper presents and discusses a model to represent an idealized reference process for water electrolysis. The reference model has the potential of identifying the optimum based on applicable laws of nature and the current state of the art, which can be used as a basis for the process design of an electrolysis cell. Furthermore, it allows the real-time evaluation of the operation of an electrolysis cell and, thus, the investigation of degradation effects.