Power to gas – was ist das eigentlich?

In unserem letzten Beitrag sind wir auf die Probleme bei der Einführung regenerativer Energien eingegangen. Eine diskutierte Lösung für diese Probleme ist die Power to Gas Technologie. Hier wollen wir beleuchten, was unter dieser Methode zu verstehen ist…..

Bei der Power to gas Technologie wendet man Strom auf, um Wasser im Rahmen der sogenannten Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Im Deutschen also „Energie zu Gas“. Der Wasserstoff kann gut gespeichert und später beim Verbrennen unter Verbrauch von Sauerstoff aus der Luft wieder in Wasser überführt werden. Die bei dem Verbrennungsprozess freiwerdende Energie kann genutzt werden, um wieder Strom zu gewinnen. Dies erfolgt in einer sogenannten Brennstoffzelle. Verwendet man diese Technologie beispielsweise in einem Auto, treibt die Brennstoffzelle einen Elektromotor an. Anders als bei den im Moment diskutierten E-Autos ist dafür allerdings keine große Batterie als Stromspeicher nötig. Aus dem Auspuff entweicht Wasserdampf oder nach Abkühlung einfach Wasser. Nach heutigem Stand der Technik wäre das „Tanken“ eines Fahrzeugs mit Wasserstoff auch deutlich schneller als das Auffüllen der Batterie eines E-Autos. Wasserstoff ließe sich auch unabhängig vom Stromnetz über weitere Strecken transportieren. Wasserstoff sei gefährlich habt Ihr in der Schule gelernt? Grund genug sich dem Brennstoffzellenauto noch mal in einem Folgebeitrag im Detail zuzuwenden. 

Der bei der Elektrolyse gewonnene Wasserstoff kann darüber hinaus mit CO2 zu Methan umgesetzt werden, der wichtigsten Komponente des Erdgases. Auch dieses ließe sich verbrennen und damit die Energie, die in diesem Gas zwischengespeichert ist, wieder nutzen. Allerdings wird beim Verbrennen von Methan das Treibhausgas CO2 freigesetzt. Demnach macht diese Technologie im Sinne der Vermeidung eines weiteren Anstiegs der Treibhausgase nur dann Sinn, wenn das CO2 ursprünglich der Atmosphäre entnommen wurde oder bei der Verbrennung von Methan direkt wieder eingefangen wird. Die zugrunde liegenden Konzepte zu diesem Vorgehen mit dem umständlichen englischen Namen carbon capture and storage werden wir in einem späteren Beitrag beleuchten.

Generell geht bei jeder Energieumwandlung (hier von Strom in Gas) Energie verloren. Dieser Verlust spiegelt sich im Wirkungsgrad eines Prozesses wider. So ist die Elektrolyse von Wasser ein sehr energieaufwendiger Prozess. Ein erheblicher Anteil des aus regenerativen Quellen gewonnen Stroms geht folglich dabei verloren. Je nach eingesetzter Technologie gehen so 25 – 50% der Energie verloren. Eine Weiterverarbeitung von Wasserstoff zu Methan verschlechtert die Energiebilanz weiter, der Wirkungsgrad wird also noch geringer. Auch bei Produktion von Strom aus Gas geht wieder Energie verloren, so dass am Ende etwas 2/3 der ursprünglich eingesetzten Energie verpufft sind.

Deshalb wird häufig der Einsatz dieser Technologie als energetisch ungünstig und als nicht relevant im Vorgehen gegen den Klimawandel angesehen. Wenn man allerdings berücksichtigt, dass insbesondere die Sonnenenergie praktisch unbegrenzt vorliegt, so stellt sich dieses Problem anders dar. Bei massivem Ausbau der Stromerzeugung aus regenerativen Quellen, gleichzeitiger Effizienzsteigerung durch technische Weiterentwicklung und Kostenminimierung durch den verbreiteten Einsatz der Technik dürfte die Power to gas Technologie in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen – insbesondere auch als Speicherform von Energie.

Zusammenfassend zeigen sich viele Vorteile. Mit Power to gas lässt sich überschüssiger Strom in einer Form konservieren, die vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bietet. Wasserstoff kann in Brennstoffzellen verarbeitet und damit wieder in Strom überführt werden, was wie oben geschildert im Verkehrssektor genutzt werden kann. Im Gegensatz zum Wasserstoff ließe sich das oben eingeführte Methan auch in das Erdgasnetz einspeisen und dort speichern. Erdgas wird bekanntlich heute nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch zum Heizen von Gebäuden verwendet. Darüber hinaus kann das durch Power to gas gewonnene Methan auch zur Herstellung vieler Chemikalien in der chemischen Industrie genutzt werden.  

Auch wird deutlich, dass die Power to gas Technologie ein wichtiges Instrument zur Überschreitung der sogenannten Sektorengrenzen ist, sprich, in vielen Bereichen den Einsatz fossiler Energieträger deutlich reduzieren könnte. Dies zeigt auch eine Stellungnahme des Umweltbundesamtes, die allerdings bereits aus dem Jahr 2016 ist und nicht mehr unbedingt die heutige Diskussion widerspiegelt. Entsprechend des großen Potentials der Power to gas Technologie gibt es daher bereits viele Test-und Entwicklungsanlagen. Die norddeutschen Bundesländer Bremen, Niedersachsen, Hamburg, Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern haben erst kürzlich ein Eckpunktepapier zum Ausbau dieser Technologie verabschiedet. 

Weitere Literatur:

Mehr Informationen finden sich in zwei Beiträgen der Deutschen Welle, hier und hier.

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