Power-to-Gas, Windgas

Unter "Power-to-Gas (P2G)" oder auch dem Begriff "Windgas" verbergen sich die derzeit für die Energiewende erfolgsversprechendsten Technologien

  • zum Speichern überschüssige Energie aus erneuerbaren Energiequellen
  • zur Sektorkopplung, das heißt zur Wandlung von Strom in Gas und damit zur Nutzung für Wärmegewinnung oder als Treibstoff.

Ein Beispiel zu dieser Umwandlung zeigt nebenstehende Annimation.


Elektrischer Strom wird zunächst genutzt, um Wasser elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Der entstehende Wasserstoff kann zu einem gewissen Anteil direkt in das bestehende Gasnetz eingeleitet werden oder er wird mit Hilfe von Kohlendioxid vor der Einspeisung ins Gasnetz in Methan umgewandelt. In beiden Fällen kann das gesamte Gasspeichersystem genutzt werden, das in Deutschland eine Kapazität von derzeit etwa 300 TWh besitzt. Das langfristig technisch-ökologisches Ausbaupotenzial für P2G-Kavernenspeicher in Deutschland liegt für das Jahr 2050 bei 42 Mrd. m³ für die Nutzung von Wasserstoff (in Salzkavernen) und 53 Mrd. m³ für die Nutzung von Methan (Salzkavernen und Porenspeicher). Das entspricht einer speicherbaren chemischen Energiemenge von 126 TWh in Form von Wasserstoff und 530 TWh in Form von Methan. Mittels Gaskraftwerken und Blockheizkraftwerken (BHKW) wäre man damit in der Lage, die deutsche Stromversorgung über drei Monate stabil aufrecht zu erhalten.[9]

Eine sichere Energieversorgung mit Hilfe erneuerbarer Energie, die Überbrückung der sogenannten "Dunkelflaute", kann mit dieser Technologie gewährleistet werden.

 

Der Wasserstoff kann außerdem in Brennstoffzellenfahrzeugen als Treibstoff verwendet werden und das emissionsfrei, als Abfallprodukt entsteht nur Wasser. Asiatische Hersteller wie Hyundai stellen mittlerweile brennstoffzellenbasierte PKW in Serie her[1]. Inzwischen gibt es auch wasserstoff-betriebene Busse und Straßenbahnen[2][3].

 

Die direkte Speicherung von  Wasserstoff ist energetisch deutlich günstiger als die Methanisierung. Bei einem Energiekreislauf Elektrolyse>Speicherung>Stromerzeugung geht man von einem Wirkungsgrad von etwa 50% aus. Der Wasserstoff lässt sich in speziellen Hochdrucktanks speichern oder direkt ins Gasnetz einleiten. Allerdings sind  der Einspeisung von Wasserstoff ins Gasnetz noch genau auszulotende Grenzen gesetzt wegen der Gefahr der Schädigung gastechnischer Anlagen[5, Seite 56]. Die im Jahr 2015 größte Power to Gas- Anlage befindet sich im Energiepark Mainz in Mainz-Hechtsheim[4].

 

Bei der chemischen Methanisierung des Wasserstoffs läuft folgende Reaktion ab:

4H2 + CO2  →  CH4 +2H2O

 

Es wird also Kohlendioxid benötigt. Als CO2 -Quellen kommen z.B. Kläranlagen, Biogasanlagen, Produktionsprozesse mit CO2 -Abfallprodukten oder Rauchgas aus fossilen Verbrennungsprozessen in Frage. Bei der technischen Realisierung der chemischen Methanherstellung muss möglichst reines CO2 eingesetzt werden Die Reaktion läuft unter hohem Druck und bei hoher Temperatur ab.

In Frage kommt auch eine biologische Variante: Es gibt Mikroorganismen, die bei ihren Stoffwechselprozessen Methan produzieren. Sie gehören zu den Archaeen, das sind Einzeller ohne echten Zellkern. Dieser Prozess läuft bei normalen Druck-und Temperaturverhältnissen ab. Auch für diese Art der Methanisierung gibt es mittlerweile ein preisgekröntes Pilotprojekt[6].