Über der Energiewende hängt eine Dunkelflaute. Trotz unzähliger Strategiepapiere und fünf Milliarden Euro Klima-Investitionen seit 2016 wird Deutschland sein Klimaziel für 2020 vielleicht nur wegen Covid-19 knapp erreichen. Aber die Herausforderungen wachsen: Mit der Atomkraft ist es Ende 2022 vorbei. Mit der Kohle ein paar Jahre später. Der Ausbau von Wind- und Solaranlagen steckt fest. Besonders die Windkraft, „das Rückgrat der Energiewende“, macht den Klimapolitikern und der Energiebranche Sorgen.

Gerade einmal 86 neue Anlagen wurden im ersten Halbjahr 2019 an Land zugebaut, macht ein Minus von 82 Prozent im Vergleich zum Vorjahr. Aktuell laufen vor deutschen Gerichten mehr als 300 Klagen von mehr als 1.000 Bürgerinitiativen. Und auch beim Netzausbau stockt es. 7.500 Kilometer neue Höchstspannungsleitungen sind bis 2030 nötig, wovon gerade einmal 1.100 Kilometer gebaut sind. Kurzum: Die heimische Energiewende stockt. Dennoch bleiben die Klimaschutzziele der Regierung ehrgeizig – 55 Prozent weniger CO2-Emissionen bis 2030 und 65 Prozent Erneuerbare bei der Stromerzeugung.

Klimaneutralität bis 2050, bereits zuvor soll die gesamte Stromerzeugung in Deutschland treibhausgasneutral werden. Erster ehrlicher Befund: Die Kluft zwischen Anspruch und Wirklichkeit ist groß. Und der zweite: Die Energieproduktion aus Erneuerbaren lässt sich weder planen noch steuern, sie sind kein Garant für eine sichere Versorgung. Mit Erdgas, Biogas und Wasserstoff lassen sich steuerbare Stromerzeugungsanlagen betreiben sowie Spitzenlasten, Flauten und Engpässe stemmen.

Und auch die Politik schwenkt um. Nach Zeiten ideologisch geführter Debatten ist Gas wieder in den Fokus gerückt – als ein Alleskönner und eine verlässliche Ressource. Während Erdgas lange vor allem im Wärmemarkt als Quelle für Heizenergie in Privathaushalten und der Industrie verortet wurde, ist heute klar, dass mit Erdgas jeder Sektor bedient werden kann. Besonders in der Stromerzeugung liegt noch viel Potenzial, denn Gaskraftwerke können so schnell angeschaltet werden wie kein anderes Kraftwerk. Kraftwerksbetreiber Uniper hat diesen Vorteil auf den Punkt gebracht: Kein Wind, keine Sonne, kein Problem. Zudem haben Gaskraftwerke mit 70 Prozent weniger CO2-Emissionen einen klaren Klimavorteil im Vergleich zu den mit Braunkohle betriebenen. Bundesweit gibt es zahlreiche moderne Gaskraftwerke, die derzeit jedoch kaum ausgelastet werden, da der Betrieb von Gaskraftwerken teurer ist als der von Kohlekraftwerken.

Der Grund findet sich an der Strombörse: Dort bildet sich der Strompreis dadurch, dass stets Kraftwerke mit den geringsten Grenzkosten zum Einsatz kommen, bis die Nachfrage gedeckt ist. Gemäß dieser Reihenfolge wird die Stromnachfrage zunächst mit erneuerbaren Energien und dann mit den günstigsten fossilen Energieträgern gedeckt. Meist sind das die Kohlekraftwerke. Mit dem pandemiebedingten Ölpreisverfall sind auch die Gaspreise gesunken. Im Zusammenhang mit einem gestiegenen europäischen CO2-Preis hat sich Erdgas zum ersten Mal nach vorn geschoben. Wie gut sich Erdgas als Partner von Windkraftanlagen und Solarparks bereits etabliert hat, zeigte sich erstmals in der zweiten Juniwoche 2020. Gemeinsam landeten der Energieträger und die Erneuerbaren auf dem ersten Platz im Strommix. Mit jeweils 1,39 Terawattstunden Strom führten Wind und Erdgas die Nettostromerzeugung an.

Deutlicher kann das Zeichen für eine gemeinsam getragene Energieversorgung kaum sein. Für die schnelle Emissionsreduktion ist Erdgas unabdingbar. Modernste Gaskraftwerke, hocheffiziente Biogaskraftwerke und zukünftig auch Power-to-Gas-Anlagen sind klimaschonende Energieproduzenten. Verknüpft mit der bestehenden Leitungsinfrastruktur und großen Gasspeichern bilden sie ein wichtiges Back-up-System für die Versorgungssicherheit. Die Politik hat das als enormes Potenzial erkannt.

Gaskraftwerke und Infrastruktur stehen bereit

Deutschland verfügt heute über 30 Gigawatt Gaskraftwerkskapazitäten. Das ist ein Mix aus Blockheizkraftwerken, Gasmotorenkraftwerken, Gasturbinen- und Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (GuD). Binnen 2 bis 15 Minuten fahren sie von 0 auf 100 hoch, die Mehrheit erbringt systemrelevante Dienstleistungen – für den Störungsfall, die Netzstabilität, bei Blackout. Und sie produzieren gleichzeitig Strom und Wärme, mit Wirkungsgraden von oft 70 Prozent. Korrekter gesagt: Das könnten sie alles tun. Aktuell sind die Anlagen zu maximal 30 Prozent ausgelastet, viele von ihnen nur zu zehn Prozent. Beispiel Gaskraftwerk in Irsching: Über acht Jahre lang stand in Bayern eine der modernsten, effizientesten GuD-Anlagen der Welt mit den Blöcken Irsching 4 und 5 nahezu still. Eigentlich sollten die beiden Blöcke ab 2010 mehrere Tausend Stunden im Jahr Strom produzieren und eine Million Haushalte versorgen. Allein, sie durften nicht. Beide Blöcke waren 2018 ganze 18 Stunden in Betrieb. Liefern können hätten sie 8.760 Stunden, also fast ganzjährig. Jetzt, im Oktober, ist der Betrieb wieder gestartet.

Oliver Roeder, Unternehmenssprecher vom Kraftwerksbetreiber Uniper, sagt: „Die letzten Jahre waren frustrierend. Kein vernünftiger Mensch kann verstehen, warum modernste Technik nicht zum Einsatz kommen kann und quasi auf der Reservebank warten muss. Immer wieder erreichten uns Fragen aus der Öffentlichkeit, warum Milliarden an Subventionen verteilt werden, während die perfekte Lösung für die Energiewende einsatzbereit vor der Tür steht.“ Aber es ändert sich etwas: Spätestens 2030 dürften flexible und emissionsarme Gaskraftwerke ihr Strom- und Wärmepotenzial wohl umfassend entfalten. Dann nämlich werden wegen des Kohleausstiegs 13 bis 45 Gigawatt Strom fehlen – so die Berechnung des Energiewirtschaftlichen Instituts der Uni Köln. Eine Lücke, die laut Fraunhofer-Institut am besten die Gaskraftwerke schließen können. In seiner Studie „100% Strom aus erneuerbaren Energien“ konstatiert es als Empfehlung für das Bundesumweltamt: „Nur mit den Reservekraftwerken – Gasturbinen und GuD-Anlagen auf Basis von Biomethan, erneuerbarem Methan oder Wasserstoff – kann die Versorgungssicherheit jederzeit im nationalen Kontext durch ausreichend Kraftwerkskapazitäten gewährleistet werden.“ Das deckt sich auch mit dem Ziel der Branche: die Strom- und Wärmeerzeugung sukzessive zu dekarbonisieren. Das fossile Erdgas als Brennstoff für die Gasturbinen und Kraftwerke wird nach und nach ersetzt, zunächst durch synthetisches Erdgas, später durch Wasserstoff. Gleichzeitig nimmt die Effizienz zu.

Kein Wunder also, dass Uniper schon in die nahe Zukunft investiert, in die Gaskraftwerke von morgen – Grüngas- und Wasserstoffkraftwerke. Zusammen mit Siemens rüstet das Unternehmen seine konventionellen Gasturbinen- und Gasspeicheranlagen für den Einsatz mit grünem Wasserstoff um. Das Ziel heißt: komplett dekarbonisieren. Die CO2-Emissionen von heute, 22 Millionen Tonnen, sollen bis 2035 auf netto null sinken. Ein europaweites Ziel – weit und breit läuft die Wasserstoff-Gasturbinenforschung auf Hochtouren. In Berlin starteten die Wissenschaftler vom Werner-von-Siemens Centre for Industry and Science im Juli die Forschung mit grünem Gas. 20 Millionen Euro stehen ihnen bis 2023 zur Verfügung. In Paris führt ein europäisches Konsortium aus Industrie, Wirtschaft und Forschung im Projekt „Hyflexpower“ für 15 Millionen Euro den Beweis, dass Wasserstoff aus erneuerbarem Strom erzeugt, zwischengespeichert und dem Erdgas in der Turbine nach deren Umbau beigemischt werden kann. Erst zu 80 Prozent, später zu 100 Prozent – das spart 65.000 Tonnen CO2 pro Jahr.

Das Gasnetz der Zukunft ist ein Hub

Das Gasnetz ist ein Kernelement des deutschen Energiesystems. Seine Gesamtlänge umfasst 550.000 Kilometer. Allein das Fernleitungsnetz transportiert dreimal so viel Energie und leistet viermal so viel wie das Stromnetz. Zwei Aufgaben hat das Gasnetz der Zukunft: erneuerbare Energien und Wasserstoff zu speichern und zu transportieren. Was dann am effizientesten geht, wenn man Strom- und Gasnetz zu einem Hybridnetz mit Power-to-Gas-Anlagen als Kopplungselemente verknüpft. Das Hybridnetz würde nicht nur die Sektorkopplung, sondern auch die Lastenverschiebung entscheidend vorantreiben, weil es das schon heute extrem überstrapazierte Stromnetz entlasten und das viel leistungsstärkere Gasnetz nutzen würde. So wird das Gasnetz der Zukunft nicht nur zum besten Partner der erneuerbaren Energien, sondern reduziert auch den Netzausbaubedarf im Stromsystem. Wie gut sich das alte Netz für das neue Gas eignet, prüft zurzeit der Fernleitungsnetzbetreiber Open Grid Europe.

„Aktuell untersuchen wir die Wasserstofftauglichkeit der Erdgasleitungen. Wir gehen heute davon aus, dass diese Leitungen mit nur wenig Aufwand fit zu machen sind, um sie als Wasserstoffnetz nutzen zu können“, sagt Andreas Lehmann, Sprecher bei OGE. Seine Zuversicht ruht auf der Erfahrung aus der Vergangenheit. Der Kontakt mit Wasserstoff ist für das Gasnetz, die Stadtwerke und Netzbetreiber nichts Neues: Bis in die 1970er-Jahre wurde in Deutschland auch Stadtgas verwendet, das einen Wasserstoffanteil von gut 50 Prozent aufwies. Eine eigene, flächendeckend neue Infrastruktur für Wasserstoff mit extra Verteilnetz, Speichern und Tankstellen wird nicht benötigt. Und so kann die vorhandene und international vernetzte Gasinfrastruktur der großen Fernleitungsnetzbetreiber zugleich die Basis für einen europäischen Wasserstoffmarkt sein. Erste Überlegungen und gemeinsame Visionen der Akteure gibt es dazu bereits.

Die Gasinfrastruktur kann den erneuerbaren Strom aber nicht nur im Gasnetz, sondern auch im Untergrund speichern. 47 Untertagespeicher mit rund 240 Terawatt Speichervolumen gibt es in Deutschland. Der gesamte Erdgasverbrauch von 2019 hätte dort Platz. Kein anderes Land in der EU ist gegen Störungen und Spitzenlasten, gegen saisonale Schwankungen oder tageszeitliche Dunkelflauten besser gewappnet. Experten gehen davon aus, dass selbst bei einem Stopp der Gaslieferungen im November erst im Februar ernsthafte Probleme auftreten würden. Je größer der Anteil der erneuerbaren Energien, je mehr klimaneutrale Gase dezentral, zeitlich und umfänglich variabel ins Netz eingespeist werden, umso mehr wird diese sichere Reserve zum Rückgrat. Weiter hat die Politik erkannt, dass Gas auch Grün kann. In Zukunft wird es nicht nur zuverlässig mit den Erneuerbaren koalieren, sondern auch ein ebenbürtiger Partner sein.

Es gibt Biogas, Biomethan und synthetisches Methan, genauso Wasserstoff in Blau und Türkis, aus Erdgas hergestellt, aber CO2-neutral – praxiserprobt und kostengünstig. Hanns Koenig, Head of Commissioned Projects vom auf Energiemärkte spezialisierten Beratungsunternehmen Aurora Energy Research, sagt: „Im Best-Case-Szenario der Energiewende läuft der Stromsektor ab 2040 auf Grundlage von erneuerbaren Energien, und grüne Gase sorgen für klimaneutrale Versorgungssicherheit.“

Wie sieht der Strommix der Zukunft aus?

Wasserstoff und Power-to-X rücken in den Fokus

Aktuell blicken Politik, Energiewirtschaft und Wissenschaft mit großem Interesse auf den Energielieferanten Wasserstoff. Er ist ungiftig, lässt sich speichern und über Pipelines verteilen. Wenn Wasserstoff in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff aus der Luft reagiert und Strom sowie Wärme erzeugt, entsteht reines Wasser. Eigenschaften, die das politische Berlin in Euphorie versetzen. Für Umweltministerin Svenja Schulze ist Wasserstoff „die Chance, Industrie und Klimaschutz zu verbinden“. Wirtschaftsminister Peter Altmaier will, dass Deutschland „die Nummer eins in der Welt bei den Wasserstofftechnologien wird“ und für Bildungsministerin Anja Karliczek ist der „Wasserstoff bereits heute das Erdöl von morgen“. Ginge es nach ihr, „gehört die Zukunft dem Wasserstoff allein“.

Der Alleskönner Wasserstoff soll überall dort Energie bereitstellen, wo nicht grün elektrifiziert werden kann: In der Stahl-, Metall- und Chemieindustrie, im Wärmemarkt und auch im Schwerlast-, Schiffs- und Luftverkehr. Wobei die Industrie Wasserstoff bereits heute für ihre Prozesse nutzt, der fast ausschließlich durch Dampfreformierung von Erdgas hergestellt wird. Natürlich geht es auch um neue Arbeitsplätze und einen globalen Milliardenmarkt. Der europaweite Traum umfasst eine Wasserstoffindustrie mit 5,4 Millionen neuen Jobs und 800 Milliarden Euro Jahresumsatz. Entsprechend „grün, global und groß“ denkt die Bundesregierung die Nationale Wasserstoffstrategie. Neun Milliarden Euro beträgt die Fördersumme für den Hochlauf. Der EU-Energiebinnenmarkt soll zum Wasserstoffmarkt ausgebaut werden, genauso die Kooperation mit Entwicklungsländern. Zwei Milliarden Euro sind dafür vorgesehen. Mit Marokko hat Entwicklungsminister Gerd Müller bereits einen Vertrag zum Aufbau einer Fotovoltaikanlage für die industrielle Produktion von Wasserstoff unterschrieben. Das Fernziel sind Importe in großem Umfang nach Deutschland.

Die können jedoch nur einen Teil des Bedarfs decken, niemals die Rundumversorgung leisten. Darum wird intensiv an der maximalen Ausbeute nationaler Wind- und Solarstromerträge experimentiert und in Projekten angewandt. Großer Hoffnungsträger ist die Power-to-Gas-Technologie (PtG). Per Elektrolyse wird Wasser mithilfe von überschüssigem Ökostrom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Dann wird der Wasserstoff durchs Gasnetz geleitet oder in Gasspeichern gelagert. PtG ist derzeit weltweit die einzige Technologie, mit der sich Strom zeitlich und mengenmäßig unbegrenzt speichern lässt.

Experimente mit skalierbaren Lösungen

Die Firma Exytron aus Augsburg zum Beispiel will Wasserstoff im Gebäudesegment etablieren und hat dafür eine besondere PtG-Anlage entwickelt, die sich dezentral für den Hausgebrauch einsetzen lässt. 2019 ging in einer Augsburger Wohnanlage das weltweit erste Projekt in Betrieb. Dabei wurde bei der energetischen Sanierung von 70 Wohneinheiten der alte Ölkessel durch diese PtG-Anlage ersetzt, eine 150 Kilowatt starke Fotovoltaikanlage aufs Dach montiert und ein Blockheizkraftwerk, das mit Wasserstoff betrieben wird, in den Keller gebaut. Von dort kommen Wärme und Strom nach Bedarf. Das Ergebnis: Der Wirkungsgrad der Anlage liegt bei 90 Prozent, der CO2-Fußabdruck des alten Gebäudes unterhalb dem eines Passivhauses mit Plus-Standard, die Treibhausgasemissionen liegen bei netto null. Exytron-Vertriebsleiter Klaus Schirmer sagt: „Power-to-Gas besitzt derzeit als einzige Technologie die Kapazitäten, Überschussstrom aus der volatilen Erzeugung von Photovoltaik- und Windkraftanlagen effizient und in großem Maßstab zu speichern“.

Seine Exytron-PtG-Anlage kann noch mehr: Der Einbau ins Gebäude verlangt nur minimalen Aufwand und verursacht keine steigenden Kosten. Mieten und Energiekosten blieben trotz energetischer Sanierung stabil. „Diese Anlage ermöglicht „die Energiewende für alle, auch für Mieter in Mietwohnungen“, sagt Augsburgs Oberbürgermeister Dr. Kurt Gribl. Er nennt es „ein wegweisendes Projekt“. Einer, der auch mit der Power-to-X-Technologie sein Geschäft macht, ist Tim Brandt aus Brunsbüttel. Der 29-Jährige ist Klimaschützer und Unternehmer. Seine Firma „Wind to Gas Energy“ produziert Wasserstoff für Brennstoffzellenautos. Seine PtG-Anlage wandelt Strom aus dem Windpark nebenan in Wasserstoff um. Ein Teil fließt in die Tankstelle, der andere ins Gasnetz. Zehn Millionen Euro hat Brandt mit seinen Investoren in den Elektrolyseur gesteckt, der nur eine Testversion einer viel größeren Vision ist. „Es wäre ein Leichtes, alle Autos der Unterelb-Region mit klimaneutralem Treibstoff zu versorgen.“ Aber die Wirklichkeit sieht anders aus: Die Windkraftanlagen werden regelmäßig abgeschaltet, weil die Stromnetze überfordert sind.

Ideologie weicht Pragmatismus

Die Nationale Wasserstoffstrategie geht in die richtige Richtung. Die Strategie verwirft die Utopie der Vollelektrifizierung und ersetzt sie durch ein realistisches Konzept. Denn: Eine Energiewende mit Strom aus erneuerbaren Quellen allein funktioniert nicht. Nicht nur aufgrund ihrer Volatilität, auch der Strombedarf steigt. In ihrem „Energy Outlook 2020“ prognostizieren die Wissenschaftler der US Energy Information Administration (EIA) für das Jahr 2050, dass der weltweite Energiebedarf zwischen 2018 und 2050 um fast 50 Prozent steigt, auch in Deutschland. Schon heute braucht jeder Bundesbürger im Vergleich zu 1980 dreimal mehr Strom.

Je smarter und technologischer die Gesellschaft wird, desto größer der Stromhunger. Die Gleichung bleibt so simpel wie richtig. Ein eindeutiges Bekenntnis zur Technologieoffenheit in Bezug auf die Erzeugungspfade von Wasserstoff und dessen Anwendungsgebiete würde es ermöglichen, vorhandene Potenziale zu nutzen, sie weiterzuentwickeln und an komplett neuen Verfahren zu experimentieren. Denn: Die Dekarbonisierung von nicht elektrifizierbaren Sektoren mittels H2 geht auch mit blauem und türkisem Wasserstoff – also der Erzeugung des Energieträgers durch Spaltung des Erdgasmoleküls CH4 in seine Bestandteile.


Die Gasinfrastruktur ist für die Energieversorgung der Zukunft unverzichtbar. Aber auch der Gasmarkt der Zukunft muss ein Energiemarkt der Partnerschaft und des Wettbewerbs sein. Er muss offen sein für die Erprobung verschiedener Technologien und ihren gleichberechtigten Einsatz. Denn eine ewige Wahrheit gilt auch für den Energiemarkt: Gemeinsam ist man stärker. 


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