Power-to-Gas

Die Power-to-Gas-Technologie eröffnet der Gaswirtschaft breite Zugänge zum Energiesystem der Zukunft. Die Branche steht in den Startlöchern.

Deutschland hat sich ambitionierte Klimaschutzziele gesetzt: Bis 2030 sollen die Treibhausgasemissionen in Deutschland um mindestens 55 Prozent gesenkt werden, bis 2050 um bis zu 95 Prozent. Der weitere Ausbau erneuerbarer Energien ist dafür ohne Frage ein wesentlicher Baustein. Allerdings muss es gelingen, die fluktuierende Einspeisung und den Verbrauch so auszubalancieren, dass die Sicherheit der Stromversorgung jederzeit gewährleistet ist. Dies gelingt etwa durch Einbeziehung steuerbarer Kraftwerke, die allerdings mit Blick auf die Klimaziele nach Möglichkeit nicht mit Kohle betrieben werden sollten. Des Weiteren helfen Speicherlösungen dabei, regenerative Energie dann zur Verfügung zu stellen, wenn sie gebraucht wird. In eine ähnliche Richtung zielt die sogenannte Sektorenkopplung, die auf eine möglichst weitgehende Einbindung der Wärmeversorgung, der Mobilität, aber auch der industriellen Produktion in das dezentrale Energiesystem zielt. Technologisch entsprechend ausgerüstet können die genannten Sektoren nicht nur dekarbonisiert werden, sondern auch einen Beitrag zur besseren Integration erneuerbarer Energien in die vorhandenen Stromnetze leisten.

Power-to-Gas- Standorte in Deutschland. Quelle: DVGW energie | wasser-praxis, Stand September 2017

Für all diese Zukunftsthemen ist die Gaswirtschaft gut aufgestellt, denn sie verfügt über eine Infrastruktur, die für die anstehenden Aufgaben im Rahmen der Energiewende eine zentrale Bedeutung gewinnen kann. Da sind natürlich die Gaskraftwerke, die aufgrund ihrer kurzen Startzeit und schnellen Regelbarkeit Schwankungen der Stromproduktion flexibel ausgleichen können. Das gilt im kleinen Maßstab übrigens auch für Blockheizkraftwerke: Die Kraft-Wärme-Kopplung in Verbindung mit PV- oder Windanlagen spielt eine zunehmend wichtige Rolle bei der dezentralen Versorgung von Standorten oder ganzen Quartieren und dient damit auch der Stabilisierung der Verteilnetze. Bislang laufen die meisten Kraftwerke allerdings mit Erdgas, einem vergleichsweise teuren Rohstoff – vor allem für Anlagen, die Erlöse am Strommarkt erwirtschaften müssen. Auch die CO2-Gesamtbilanz von fossilem Erdgas ist zwar günstiger als die der meisten anderen Brennstoffe, ein wirklich ökologisches Produkt ist Erdgas jedoch nicht.

„Grünes Gas“ und Wasserstoff

Als Alternative rückt seit einiger Zeit sogenanntes „erneuerbares“ oder „grünes“ Gas ins Zentrum des Interesses, das im Zuge der Elektrolyse und Methanisierung in einem einfachen chemischen Prozess aus Wasser gewonnen werden kann. Die Energie dafür liefern Windräder und PV-Anlagen, deren Ertrag vom Stromnetz nicht aufgenommen werden kann. Das entstandene synthetische Erdgas (SNG) weist fast identische Eigenschaften wie das fossile Erdgas auf und ist wie Biogas eine regenerative Energie, die problemlos in das über 500.000 Kilometer lange deutsche Erdgasnetz eingespeist werden kann. So kann nicht sofort verwertbarer Wind- und Sonnenstrom genutzt werden, um einen nachhaltigen Energieträger, genau zu der Zeit und an dem Ort zur Verfügung zu stellen, wo er gebraucht wird. Alternative Energieanbieter vermarkten bereits sogenanntes „Windgas“ am klassischen Wärmemarkt und berichten von guter Resonanz seitens der Verbraucher. Auch die Vorstufe von SNG – Wasserstoff – ist ein interessanter Rohstoff: Er verbrennt emissionsfrei und findet heute bereits Verwendung in Brennstoffzellen. Auch in industriellen Verbrennungsprozessen ist regenerativ gewonnener Wasser- stoff eine interessante Alternative zu fossilen Energieträgern.

Vorreiterrolle

Deutschland nimmt mit mehr als 30 Pilotprojekten mit einer Elektrolyse-Leistung von insgesamt über 20 Megawatt fraglos eine Vorreiterrolle bei der Erprobung und Weiterentwicklung von Power-to-Gas-Technologien ein. Ein wesentlicher Impulsgeber ist die Strategieplattform Power-to-Gas, in der sich Vertreter aus Wirtschaft, Verbänden und Wissenschaft zusammengeschlossen haben, um die Systemlösung Power-to-Gas weiterzuentwickeln, einer breiteren Öffentlichkeit vorzustellen und mit Entscheidungsträgern über den zukünftigen Einsatz zu beraten. Auch in der Gasbranche selbst besitzt das Thema hohe Priorität. Das zeigte beispielsweise die Veranstaltung „Triple G – Green Gas for Germany“, die Zukunft ERDGAS gemeinsam mit der Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber Gas (FNB Gas) Ende Juni 2018 in Berlin ausrichtete. Dort wurden jedoch nicht nur zahlreiche Projekte präsentiert, sondern auch klare Wort an die Politik gerichtet. So mahnte Dr. Timm Kehler, Vorstand von Zukunft ERDGAS, im Rahmen der Veranstaltung: „Die Gaswirtschaft arbeitet bereits an innovativen Technologien, um grüne Gase zukünftig im großen Maßstab zu produzieren. Um daraus tragfähige Geschäftsmodelle zu entwickeln, müssen schon heute die politischen Weichen gestellt werden: Wir brauchen klare Zielvorgaben für den Anteil von grünem Gas.“

Erdgas als Langzeitspeicher

Das Besondere der PEM-Elektrolyse ist die protonenleitende Proton-Exchange- Membrane. Ihre spezielle Eigenschaft: Sie ist durchlässig für Protonen, aber nicht für Gase wie Wasserstoff oder Sauerstoff. Foto: Siemens AG

Elektrischer Strom ist derzeit nur begrenzt wirtschaftlich speicherbar. Die heute weitestgehend in Pumpspeicherkraftwerken vorhandene Speicherkapazität beträgt etwa 40 Gigawattstunden. Damit lässt sich rein rechnerisch der komplette Strombedarf Deutschlands nur für etwa eine Stunde abdecken. Für die geplante Vollversorgung durch erneuerbare Energien ab dem Jahr 2050 sind jedoch etwa 20.000 Gigawattstunden – also die 500-fache Speicherkapazität – erforderlich. Bei Starkwind und Schönwetterlagen ist das Stromangebot in Deutschland bereits heute so groß, dass die Abschaltung konventioneller Kraftwerke nicht mehr ausreicht, um Stromproduktion und -verbrauch auszugleichen. Die Folge: Zeitweise müssen Windparks abgeschaltet und somit vom Netz genommen werden.

Im Vergleich zu den begrenzten Speicher- und Transportmöglichkeiten im Stromsektor verfügt das deutsche Erdgasnetz über ausreichende Transport- und Speicherkapazitäten. Insgesamt ergibt sich durch die 51 deutschen Erdgasspeicher eine Gesamtspeicherkapazität von mehr als 220 Terawattstunden. Um Strom aus erneuerbaren Energien effektiv und kostengünstig zu speichern und bei Bedarf abzurufen, stellt die Speicherung von Wasserstoff und Methan im Erdgasnetz derzeit eine sehr interessante großtechnische Lösung dar.

Power to Gas: Stand der Technik und Perspektiven. Foto: Deutsche Energieagentur (dena) Strategieplattform Power-to-Gas

Roadmap Power-to-Gas

Die Strategieplattform Power-to-Gas gab Ende 2017 mit der Roadmap eine Übersicht, welchen Beitrag Power-to-Gas zur Erreichung der klimapolitischen Ziele leisten kann. Die Ergebnisse im Überblick:

• Power-to-Gas ist als ein essenzieller Baustein einer integrierten Energiewende notwendig, um die Klimaschutzziele in Deutschland zu erreichen. Power-to-Gas wird einen wichtigen Beitrag leisten, um den Energiebedarf der Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie CO2-arm zu decken.

• In einigen Bereichen stellt Power-to-Gas die einzige technische Möglichkeit für eine CO2-Minderung dar, weil eine Direktverstromung nicht flächendeckend möglich scheint. Darüber hinaus erfüllt die Technologie systemdienliche Aufgaben und vermindert die Herausforderungen in einem zunehmend elektrifizierten Energiesystem mit hohen Anteilen erneuerbarer Energien.

• Derzeit ist die Technologie nur in Ausnahmefällen wirtschaftlich, was die Dynamik beim Ausbau hemmt. Damit Power-to- Gas rechtzeitig zu akzeptablen Kosten einsatzbereit ist, sollte die Industrialisierung und Marktentwicklung von Power-to- Gas jetzt beginnen. Dafür muss ein technologieoffener Rechtsrahmen geschaffen werden, als Grundvoraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb von Power-to-Gas-Anlagen.

• Power-to-Gas- beziehungsweise Power-to-Liquid- Produkte können perspektivisch über den Weltmarkt gehandelt werden und damit fossile Brennstoffe ersetzen. Länder mit guten Standorten für erneuerbare Energien haben hier einen besonderen Vorteil in der Herstellung. Deutschland sollte die Entwicklung globaler Märkte mit anstoßen und die Technologieführerschaft anstreben.

• Eine wichtige Grundlage für das zukünftige Energiesystem bilden neben der Stromversorgung das Gasnetz sowie die Infrastrukturen zur Bereitstellung flüssiger Energieträger.

www.powertogas.info

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