Man hört den Begriff immer wieder und immer öfter in Zusammenhang mit der Energiewende. Die Rede ist von sogenannten Power-to-X-Technologien, abgekürzt auch PtX. Was sich heute noch sehr nach Zukunftsmusik anhört, gilt als eine der aussichtsreichsten Ideen der Energiebranche, um Stromüberschüsse in Zeiten eines Überangebots erneuerbarer Energien zu speichern und sie in einen Energieträger, in Wärme, Kälte, Kraft- oder Rohstoff zu wandeln. Dadurch sollen im Sinne der Sektorkopplung Strom-, Wärme- und Mobilitätssektor stärker vernetzt werden.
Man unterscheidet hierbei verschiedene Power-to-X-Technologien wie etwa Power-to-Heat, Power-to-Fuel, Power-to-Liquid und Power-to-Gas (PtG). Gerade der Ansatz des Power-to-Gas-Verfahrens bietet sich an, um ihn in Zukunft mit der Biogastechnologie zu verknüpfen.
Was steckt hinter Power-to-Gas?
Bei Power-to-Gas wird mit regenerativem Strom Elektrolyse betrieben, bei der Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt wird. Dieser Wasserstoff kann allerdings nur begrenzt ins Erdgasnetz eingespeist werden. Deshalb geht man noch einen Schritt weiter und wandelt diesen Wasserstoff unter Nutzung von Kohlenstoffdioxid in synthetisches Methan um – dieses Verfahren nennt sich Methanisierung. Als CO₂-Quelle kann beispielsweise Kohlenstoffdioxid aus Biogas, aus Klärgasen, aus konventionellen Kraftwerken oder auch aus Prozessen wie etwa der Zement- oder Stahlherstellung genutzt werden.
Das so erzeugte „grüne Gas“ kann dann beinahe unbegrenzt ins Erdgasnetz eingespeist und in Strom oder Wärme umgewandelt, gespeichert, verflüssigt, als Treibstoff oder als Rohstoff zur industriellen Nutzung eingesetzt werden. Es integriert also erneuerbare Energien in verschiedene Energieverbrauchsbereiche.
Wofür kann Power-to-Gas genutzt werden?
Speicherung
Mit Power-to-Gas lassen sich große Mengen erneuerbaren Stroms langfristig speichern, da synthetisches Methan problemlos in das Erdgasnetz eingespeist werden kann. Dieses Netz, das extrem gut ausgebaut ist, könnte also in Zukunft als gigantische Batterie genutzt werden, um Methan über mehrere Monate zu speichern.
Wiederverstromung
Wasserstoff und synthetisches Methan, die in Power-to-Gas-Anlagen produziert und ins Erdgasnetz eingespeist werden, können jederzeit wieder in Gaskraftwerken oder Blockheizkraftwerken verstromt werden. So lässt sich das schwankende Angebot aus erneuerbaren Quellen wie Sonnen- und Windkraft ausgleichen und Strom verbrauchsabhängig produzieren.
Verwertung im Wärmesektor
Momentan wird Bioenergie vor allem in Form von Abwärme aus BHKW mehr oder weniger direkt vor Ort genutzt. In Zukunft könnte synthetisches Methan aus PtG-Anlagen aber vermehrt für Prozesswärme und in Fernwärmenetzen verwendet werden. So könnte es dazu dienen, sowohl über Nah- als auch über Fernwärmenetze den Anteil erneuerbarer Energien in der Wärmeversorgung zu erhöhen und Schritt für Schritt fossiles Erdgas zu substituieren.
Nutzung für die Mobilität
Das aus PtG-Anlagen produzierte Methan lässt sich, einmal eingespeist, an jeder beliebigen Stelle im Erdgasnetz wieder entnehmen, beispielsweise auch an der Zapfsäule einer Gas-Tankstelle. Jedes Erdgasfahrzeug (CNG) kann ohne Weiteres auch Biomethan (oder Bio-CNG – compressed natural gas) tanken. Ein solches Biomethan-Fahrzeug ist extrem umweltfreundlich, da es den CO₂-Ausstoß um bis zu 90 Prozent (gegenüber einem vergleichbaren Benziner) reduziert. Momentan ist der Marktanteil von Bio-CNG als Kraftstoff zwar noch verschwindend gering, aber Deutschland verfügte 2018 mit ca. 1.000 Erdgastankstellen und etwa 100.000 Erdgasfahrzeugen über gute Voraussetzungen, um klimafreundliche Mobilität weiter auszubauen.
Noch ein Aspekt: Verflüssigt man Biomethan zu LNG (Liquefied Natural Gas), lässt es sich aufgrund seiner hohen Energiedichte auch für den Antrieb von Lkw und Schiffen einsetzen. Die EU hatte dazu bereits 2014 festgelegt, dass entlang der wichtigsten Transitrouten durch Europa bis Ende 2025 LNG-Tankstellen entstehen sollen.
Einsatz in der Industrie
Erneuerbar produzierter Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen kann Wasserstoff aus fossilen Energieträgern ersetzen und beispielsweise in Raffinerien, in der chemischen Industrie und in Stahlwerken eingesetzt werden.
Dazu kommt, dass Biomethan für die industrielle Prozesswärme eine erneuerbare Alternative ist, die sich auch für Temperaturen über 500 °C eignet.
Kombination von Biogasanlagen und Power-to-Gas-Technologie
Zur Erzeugung von synthetischem Methan benötigt man, wie bereits oben beschrieben, Kohlenstoffdioxid. Als CO₂-Lieferant bieten sich viele Quellen an, besonders vorteilhaft ist aber die Nutzung von Kohlenstoffdioxid aus Biogasanlagen. Dafür gibt es gleich mehrere Gründe:
Biogasanlagen stellen CO₂ in hoher Konzentration bereit (40–50 Vol.-%), außerdem sind im Gas kaum störende Begleitstoffe enthalten, da es fast nur aus Methan und CO₂ besteht. Dazu kommt, dass bei Biogasanlagen die bereits vorhandene Infrastruktur für die Integration von PtG-Anlagen verwendet werden kann. Biogasanlagen sind kostengünstige CO₂-Quellen. Und auch die Abwärme, die bei der Methanisierung entsteht, kann direkt wieder genutzt werden, etwa für die Beheizung des Fermenters. Schlussendlich wird durch die Nutzung des aus dem Biogas abgeschiedenen CO₂ für die Umsetzung in Methan der regionale Kohlenstoffdioxid-Kreislauf geschlossen und die CO₂-Bilanz deutlich verbessert.
Besonders interessant ist bei der Kombination aus Biogas- und Power-to-Gas-Anlagen die Direktmethanisierung. Im Gegensatz zur konventionellen Gasaufbereitung, bei der das CO₂ zunächst durch aufwendige Aminwäsche aus dem Biogas abgetrennt werden muss, kann bei der Direktmethanisierung das Biogas ohne vorherige CO₂-Abspaltung zur Methangewinnung eingesetzt werden. So wird der CO₂-Anteil des Biogases also genutzt und zu Methan umgewandelt – und nicht in die Atmosphäre freigesetzt.
Alle Biogasanlagen (auch kleinere), die über eine Vor-Ort-Verstromung verfügen, kommen künftig als CO₂-Quellen für PtG-Anlagen infrage. Dies wäre in einigen Jahren eine durchaus überlegenswerte Option für die Anlagenbetreiber der rund 9.000 bestehenden Biogasanlagen in Deutschland (Stand 2018), um die produzierte Gasmenge zu erhöhen, die Anlagen auch in Zukunft ökonomisch weiterzuführen und einen großen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten.
Eine Überlegung zum Schluss: Würde man nur 10 bis 20 Prozent der 9.000 Biogasanlagen umrüsten, ließe sich so zusätzliches Methan in großen Mengen erzeugen, etwa als Kraftstoff für Fahrzeuge oder zum Heizen von Gebäuden.
Power-to-Gas hat, und da sind sich Experten einig, enormes Zukunftspotenzial. Es wird wohl der Weg schlechthin sein, um Strom aus erneuerbaren Quellen zu speichern. Die Kombination mit Biogasanlagen klingt ebenso vielversprechend und entspricht auch dem Trend, dass in Zukunft die gesamte Energieversorgung komplexer sein wird und dass einst getrennte Systeme zusammenwachsen werden.
Darüber sprechen wir im Interview mit Peter Dietiker, damals Bereichsleiter Erneuerbare Energien bei Energie 360° in Zürich.
