Ein Energieversorgungssystem, das Wind-, Wasser- und Solarkraft mit bestehenden Infrastrukturen wie dem Erdgasnetz vereint? Klingt in der Theorie schonmal sehr gut. Und in der Praxis werden derzeit Anlagen getestet, die genau das leisten. Die Rede ist von Power-to-Gas. Umgesetzt wird diese Technologie beispielsweise in der Demonstrationsanlage in Falkenhagen. Im Mai wird die Installation nun offiziell um eine Methanisierunganlage ergänzt. 
 

Eine der größten Herausforderungen der Energiewende im Stromsektor ist die Einspeisung von regenerativ erzeugtem Strom. Bei starkem Wind ist schon heute regional mehr Elektrizität vorhanden, als das Stromnetz aufnehmen kann. Daher müssen immer wieder kurzfristig Windparks abgeregelt werden. Mittelfristig müssen die Stromnetze ausgebaut werden. Und langfristig wird diese Herausforderung immer größer – weil in Zukunft der Anteil der erneuerbaren Energien am Strommix immer weiter steigen soll.

So funktioniert Power-to-Gas: Mit überschüssigem Ökostrom wird Wasser (H2O) mittels Elektrolyse in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten. Der Wasserstoff kann entweder direkt ins Erdgasnetz eingespeist werden – nach den aktuellen Vorgaben darf die Beimischung bis zu 5 Prozent betragen – oder er wird zu synthetischem Gas weiterverarbeitet, das unbegrenzt beigemischt werden kann. Hierzu wird der regenerativ gewonnene Wasserstoff (H2) mit Kohlendioxid (CO2) (z. B. aus Bio-Erdgas-Anlagen) mittels Methansynthese zu erneuerbarem Erdgas, Methan, (CH4) konvertiert. Als Beiprodukt entsteht H2O – Wasser.

Potenziale nutzen

In Brandenburg schlummert riesiges Potenzial: Ein Großteil der deutschen Windenergiekapazitäten befindet sich im Norden und Nordosten des Landes. In Süddeutschland dagegen werden fleißig Photovoltaikanlagen gebaut und genutzt. Strom muss über weite Strecken transportiert werden. Als wichtige Transportoption von Energie kann das bereits vorhandene Gasnetz dienen – in Deutschland mit einer Gesamtlänge von über 500.000 Kilometern. René Schoof: "Wir müssen die Energiesysteme sinnvoll miteinander verknüpfen, um Erneuerbare zu integrieren." Das gewonnene erneuerbare Gas kann direkt genutzt oder mittels Gasinfrastruktur transportiert und gespeichert und anschließend in den verschiedenen Anwendungsbereichen – Wärmeversorgung, Verkehr, Industrie – eingesetzt werden. Bei Bedarf wird es wieder verstromt.

24. Januar: Dunkelflaute


Am 24. Januar lagen die Messwerte der Stromerzeugung aus den erneuerbaren Energien in diesem Jahr am Niedrigsten. An windstillen Wintertagen und bei gleichzeitig wenigen Sonnenstunden kann das Energiesystem nicht die volle Leistung bringen: konventionelle Kraftwerke müssen hinzugezogen werden, um die Energieversorgung zu garantieren. Schoof bilanziert: "Wir werden in Zukunft sehr große Schwankungen in Erzeugung und Nachfrage haben. Wir brauchen daher viel mehr Flexibilität mit unseren Energiespeichern. Das kann Power-to-Heat sein, das können kurzfristige Speicher in Form von Batterien sein, das kann Power-to-Gas sein."

Technik und Innovation

Die Anlage in Falkenhagen hat das Potential, die Technologie von Morgen zu sein. Dafür sieht sie eher unscheinbar aus. Mehrere Container stehen in einer quadratischen Fläche angeordnet. Sechs davon betreiben Elektrolyse, ein längerer Kasten beherbergt den Verdichter und im Mess- und Regelgebäude ist die Technikschaltung untergebracht. Schoof erklärt "Es gibt in Deutschland über 20 Demonstrationsprojekte. Bei dieser Anlage sind wir bei 65% Anlageneffizienz. Sie ist präqualifiziert, um am Regelenergiemarkt teilzunehmen. Unsere zweite Anlage in Hamburg kann sogar Primärregelleistung erbringen." So können mit Power-to-Gas kurzfristige Schwankungen im Stromnetz zuverlässig ausgeglichen werden.

Das deutsche Gassystem hat eine Speicherkapazität von ungefähr 220 TWh. Das ist da, das ist gesellschaftlich akzeptiert. Wir müssen es nur nutzen.

Rene Schoof, Head of Operational Performance Surface Storage Facilities von Uniper Energy Storage

Globale Klimaschutzziele erreichen


Auch in der Wissenschaft werden zukunftsweisende Technologien wie Power-to-Gas positiv bewertet. Michael Sterner, Professor und Leiter der Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher an der Ostbayerischen Technischen Hochschule in Regensburg, plädiert für die sofortige Nutzung von Power-to-Gas-Technologien, um die Klimaschutzziele zu erreichen. "Power-to-Gas ist elementar für die Dekarbonisierung", so Sterner. Deutschland müsse rasch in die Energieumwandlungstechnik einsteigen, denn "wir brauchen Speichermöglichkeiten".


Die Zukunft? Ja, wenn…


Die Einspeisung volatiler Wind- und Sonnenenergie bringt das Stromnetz über die Grenzen seiner Kapazität. Der Einsatz von erneuerbaren Energien wird daher erst dann den größten volkswirtschaftlichen Nutzen bringen, wenn deren Integration in vorhandene Energieinfrastrukturen gelingt. Dafür müssen Technologien wie Power-to-Gas weiterentwickelt und gefördert werden. Schoof fordert: "Power-to-Gas zahlt als Letztverbraucher Steuern, Umlagen und Netzentgelte – die Endverbraucherabgaben sollten abgeschafft werden." Denn die Technologie diene vor allem als Speicher. Außerdem sei es wichtig, die grüne Komponente von Wasserstoff und Power-to-Gas anzuerkennen: "Der Rechtsrahmen blockiert derzeit die kommerzielle Anwendung von Power-to-Gas, zum Beispiel in Raffinerien," sagt Schoof.

In Falkenhagen steht mit Power-to-Gas ein Forschungsprojekt, das ausbaufähig ist und Zukunft hat. Durch die Möglichkeit zur Nutzung der Gasinfrastruktur kann diese Technologie dazu beitragen, die Stromnetze im Kontext des stetigen Ausbaus der erneuerbaren Energien zu entlasten. Schoof bilanziert: "Das deutsche Gassystem hat eine Speicherkapazität von ungefähr 220 TWh. Das ist da, das ist gesellschaftlich akzeptiert. Wir müssen es nur nutzen."

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