Power to Gas

Power to Gas ist ein Verfahren elektrische Energie in chemische Energie zu überführen. Mittels elektrischer Energie spaltet ein Elektrolyseur Wasser in seine zwei Bestandteile: einerseits Sauerstoff und andererseits Wasserstoff. Letzeres als brennbares Gas. Wasserstoff kann entweder direkt genutzt werden oder in einer anschließenden Synthese mit CO₂ zu Biomethan. Der dafür notwendige Strom wird von Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen bereitgestellt.

Unter Federfürung von Dr. Specht und Dr. Sterner, hat das Fraunhofer Institut in Kassel in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW), als Erste dieses Konzept des PtG entwickelt.

Gedacht ist dieses Verfahren Power-to-Gas(PtG) als Ergänzung der Stromproduktion aus Erneuerbaren Energieanlagen. Ein Netzausbau alleine verbessert die Bereitstellung von Energieen für den Bedarf, deckt sie aber nicht. Nur durch die Speicherung der Überproduktionen kann eine konstante, ausreichende Deckung späterer Bedarfe garantiert werden. Das gesamte Gasnetzes mit einer Gesamtlänge von ca. 530.000 km garaniert eine Verfügbarkeit von aktuell 217 TWh_th und 65TW_th (1 TW = 1000 GW) im Zubau. Der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom in Methan ohne Wärmenutzung liegt momentan bei über 55 % und stellt somit 120 TWhel elektrische Speicherkapazität dar. Über ein zu bauendes Netz aus KWK-Anlagen, BHKW und Gas-Turbinen-Kraftwerkanlagen kann eine kurzfristig entstehende Bedarfsdeckung über Rückverstromung gesichert werden. Dagegen bieten Pumpspeicher nur eine Kapazität von 0,04 TWhel und 0,02 im Zubau. Zudem liegt seine Transportkapazität um ein Vielfaches, etwa um den Faktor 10 niedriger als jene des Gasnetzes. Durch den Ausbau der EE-Anlagen, gekoppelt mit einem Zubau von Netzen und Langzeitspeichern läßt sich die Abhängigkeit von fossilen Energieen, wie Kohle, Erdgas und Öl um einiges mindern. Das Gegenargument für die EEA: "wenn der Wind weht und die Sonne scheint" wird entkräftet.

Einsatzmöglichkeiten

Es existieren eine Vielzahl verschiedenster Einsatzmöglichkeiten. Bei der industrielle Nutzung, im Verkehr oder im Wärmesektor. So könnte der über dieser Verfahren gewonnener Wasserstoff bzw. das Biomethan es ermöglichen, Wasserstoff aus fossilen Einsatzstoffen zu substituieren. Und vom Wirkungsgrad gesehen, kann Biomethan für die industrielle Prozesswärme genutzt werden. So ist diese erneuerbare Alternative auch bei hohen Temperaturen von über 500 Grad Celsius geeignet. Der Bedarf an Power to Gas, um diese Grundstoffe zu substituieren, wird auf 293 TWh im im Jahr 2050 geschätzt So z.B. 50% im Industriesektor bis zu dem Jahr 2030, in Kraftstoffraffinerien und in der chemischen Industrie zusammmen 69 Mio CO₂-Äquivalente und bis zu 95% in der Stahlindustrie. Auch ist eine Nutzung von Wärme nach dem Verfahren "Power-to Heat" machbar. Jedoch ist die industrielle Nutzung nocht nicht wirtschaftlich. Eine Kostenoptimierung des Biomethanisierung über das PtG-Verfahren kann insbesondere durch die Senkung der Investitionskosten, die Steigerung des Wirkungsgrads der Elektrolyseure, die Standortkriterien für PtG-Anlagen sowie die Einstufung als Nicht-Letztverbraucher erreicht werden. Zudem ist ein geeignetes Wärmenutzungskonzept zu entwickeln und zu berücksichtigen.

Kriterien für die Standortwahl

− Verfügbarkeit einer erneuerbaren Stromquelle (Menge und Angebotscharakteristik);
− Kostenoptimierung durch die Installation größerer Elektrolyseure an zentralen Stromnetzknoten;
− die räumliche Nähe großer Wasserelektrolyseure mit nachgeschalteter Methanisierung zu Gasspeichern;
− ausreichend verfügbare ständige Kohlendioxidquelle für die Methanisierung;
− Wirtschaftliche Absatzmöglichkeiten für die Nebenprodukte Wärme und Sauerstoff steigern zusätzlich den energetischen Nutzungsgrad und die Wirtschaftlichkeit;

Ein Netzausbau stößt in der Bevölkerung auf mangelnde Akzeptanz und die Genehmigungsverfahren verzögern den Ausbau. So steht der erzeugte Strom aus Offshore-Windparkschland für dieses Verfahren der Speicherung in Zonen von besonderen CO₂-Emissionen und hohem Strombedarf in Süddeutschland kaum zur Verfügung. Entscheidend für den Ausbau von Netzen und damit von PtG-Anlagen ist es sicherlich den menschlichen Faktor zu überwinden. "Strom kommt eben nicht aus der Steckdose und Gas für die Therme eben nicht aus dem Hausanschluss."" Somit ist die Politk gefragt, die Akzeptanz in der Bevölkerung zu verbessern.

Ausblick

Das PtG-Verfahren kann sicherlich nicht als ein ausschließliches Verfahren als ein Ersatz von Erdgas zu der Wärmeversorgung dienen. Aber als ein Anteil in einer Bereitstellung von Energie ist es sicherlich sinnvoll. Neben der direkten Bedarfsdeckung müssen auch Langzeitspeicher verfügbar sein. Entsprechende Forschungen gibt es.Erneuerbar produzierter Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen kann Wasserstoff aus fossilen Energieträgern ersetzen und kann wesentlich dazu beitragen, dass die Klimaneutralitä bis 2050 erreicht werden kann. Nicht zuletzt verringert es Abängigkeiten von externen Lieferanten.

Paul Sabatier, geboren am 5. November 1854 in Carcassonne, gestorben am 14 August in Toulouse, war ein französischer Chemiker. Sabatier erhielt 1912 den Nobelpreis für Chemie für seine Methode, organische Verbindungen bei Gegenwart fein verteilter Metalle zu hydrieren, wodurch der Fortschritt der organischen Chemie in den letzten Jahren in hohem Grad gefördert worden ist. Die medizinisch-naturwissenschaftliche Universität von Toulouse trägt seinen Namen. Der Sabatier-Prozess, ein Methangewinnungsverfahren, wurde nach ihm benannt. Reaktionsgleichung: CO₂ + 4 H₂ = CH₄ + 2 H₂O.