Power-to-Gas – Wie aus überschüssigem Ökostrom Gas wird

Die Energiewende, hin zum Ökostrom, nimmt hierzulande Formen an, wie in kaum einem anderen Land der Erde. Bei aller Energie, die Unternehmen, Staat und Bürger in die Errichtung von Windparks, Photovoltaikanlagen und Wasserkraftwerken investieren, bleibt jedoch ein Problem bisher ungelöst.

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Noch immer ist die Speicherung von überschüssigem Ökostrom ein Problem – und leider will sich auch die Natur nicht dazu überreden lassen, den Wind regelmäßiger wehen und die Sonne berechenbarer scheinen zu lassen. Und so stehen wir vor einem Dilemma: Während überschüssiger Ökostrom oft ins Ausland verklappt werden muss, haben wir dann, wenn der Wind nicht weht, eine Energielücke, die mit fossilen Energieträgern gestopft werden muss. Das Power-to-Gas-Verfahren könnte langfristig die Lösung für dieses Problem sein. Aber wie wird Ökostrom zu Gas?

Jahrelange Forschung trägt Früchte

Das Problem der Energiespeicherung ist nicht neu. Deshalb forscht man in den über 20 deutschen Forschungs- und Pilotanlagen bereits seit über zehn Jahren an echten Alternativen. Das seit 2009 im Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung in Stuttgart (ZSW) in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) entwickelte Power-to-Gas-Verfahren ist eine solche Alternative. Sauberer Überschussstrom aus Windkraft- oder Solaranlagen wird hierbei dazu verwendet, mittels Elektrolyse Gas herzustellen. Dieses kann je nach Bedarf flexibel als Energiespeicher oder als direkter Energieträger fungieren.

So funktioniert die Umwandlung

Die Grundlage für das Power-to-Gas-Verfahren kennen wir alle noch aus dem Chemieunterricht in der Schule. Im Rahmen der Elektrolyse wird Wechselstrom aus regenerativen Quellen verwendet, um elektrische Energie in chemische Energie umzuwandeln. Dabei wird zuvor in einem Elektrolytfilter demineralisiertes Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die beiden Gase werden mit Hilfe eines Gasabscheiders voneinander getrennt.
Während der Sauerstoff entweder als Industriegas genutzt wird oder schlicht in die Atmosphäre entweicht, wird der Wasserstoff selbst als Energieträger bzw. Speichermedium genutzt oder weiterverarbeitet. Mit Hilfe von CO2, das aus Biogasanlagen stammt, wird aus dem Wasserstoff im Zuge der sogenannten Methanisierung das Gas Methan. Nach der Reinigung von Verschmutzungen wie Schwefel hat das Methan eine Reinheit von bis zu 98 Prozent und kann in das Erdgasnetz eingespeist oder in Tanks gespeichert werden.

Darum wird Power-to-Gas zum Eckpfeiler der Energiewende

Der große Vorteil von Power-to-Gas ist also die Tatsache, dass der schlecht speicherbare Strom in hervorragend speicherbares Methan umgewandelt wird. Und dies auch noch unter Zuhilfenahme des Klimagases CO2. Zudem ist Methan flexibel einsetzbar, denn es kann in Zeiten des Stromüberschusses sowohl zur Betankung von Fahrzeugen als auch zum Heizen genutzt werden. Mangelt es an einem grauen und windstillen Wintertag dann an Wind- und Sonnenstrom kann dieses ursprünglich aus regenerativen Quellen erzeugte Gas in Gaskraftwerken verfeuert und zur Rückverstromung genutzt werden.

Damit ist die Power-to-Gas-Technologie dazu in der Lage, Kohlekraftwerke langfristig vollständig und nahezu CO2-neutral abzulösen. Interessant ist hierbei vor allem die große Speicherkapazität des Gasnetzes. Nach der Ansicht von Prof. Jürgen Schmid, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik, kann das Gasnetz, sofern es zusätzlich als Stromspeicher eingesetzt wird, einen Versorgungsengpass von bis zu zwei Wochen überbrücken. Mit Hilfe von in Tanks gespeichertem Methan kämen noch zusätzliche Kapazitäten hinzu.

Effizienz muss noch verbessert werden

Auch wenn der Automobilbauer Audi in Werlte bereits eine solche industrielle Power-to-Gas-Anlage betreibt und damit sowohl Gas in das Netz einspeist als auch Autogas für eine Flotte von 1.500 Audi A3 g-tron erzeugt, bleibt noch viel zu tun. Hinsichtlich ihres Wirkungsgrads ist die Technologie nämlich erst bei 60 Prozent. Es bedarf also noch weiterer Forschungen zur Effizienzsteigerung, damit sich das Konzept auch langfristig sicher trägt. Momentan ist der mäßige Wirkungsgrad jedoch zumindest weder ein ökologisches noch energietechnisches Problem, sondern lediglich ein finanzielles. Die Alternative zur Umwandlung mit 60 Prozent Wirkungsgrad wäre schließlich das Verklappen von sauberem Ökostrom mit einem Wirkungsgrad von null Prozent.