Die „Nationale Wasserstoffstrategie“ bewegt Politik und Wissenschaft. So hat sie der damalige Bundesminister für Wirtschaft und Energie, Peter Altmaier, Ende 2019 als eines der brandaktuellen Themen ausgerufen. 2020 hat die Bundesregierung die Strategie beschlossen und 2023 fortgeschrieben. Als erneuerbare Energieform steht Wasserstoff somit weit oben auf der Interessenliste der Politik. Und auch in der Gesellschaft rücken erneuerbare Energien und die Konzepte, die dahinterstecken, zunehmend in das Bewusstsein der Menschen. Einige Energieformen, wie zum Beispiel Solar- oder Windenergie, kennt jeder. Aber es gibt auch etliche, die größtenteils noch unbekannt sind. Eine davon ist Power-to-Gas.
Was sich hinter dem Begriff Power-to-Gas verbirgt, wie es funktioniert und wo die besten Anwendungsbereiche liegen, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Power-to-Gas – was ist das eigentlich?
Power-to-Gas ist eine Umwandlungstechnologie, die der Speicherung von Energie dient. Dabei wird in einem chemischen Prozess durch Wasserelektrolyse (und ggf. durch eine nachgeschaltete Methanisierung) unter Zuhilfenahme von erneuerbarem Strom ein Brenngas hergestellt. Der Power-to-Gas-Methode wird hohes Potenzial zugesprochen. Sie soll Systemaufgaben bei der Energiewende übernehmen. So soll ein eigens erzeugtes Synthese-Gas fossile Brenngase ersetzen. Synthese-Gas ist dabei der Oberbegriff für die durch Power-to-Gas erzeugten Gase, wie beispielsweise Wasserstoff und Methan. Ein Einsatz ist nicht nur in der Industrie möglich. Auch überall dort, wo Brenngase genutzt werden, kann Power-to-Gas eine Alternative sein und Gase „grüner“ machen. Der größte Vorteil ist jedoch, dass diese Methode eine Speicheroption und Sektorenkopplung bietet. Langfristig im Erdgasnetz gespeicherter Wasserstoff bzw. Methan kann die erneuerbaren Energien optimal unterstützen.
Das Besondere bei Power-to-Gas ist, dass Strom, der in seiner Energieform eigentlich nicht speicherbar ist, sich hier sektorenübergreifend nutzen und somit doch speichern lässt. So kann beispielsweise aus Strom Gas (Wasserstoff und/oder Methan) erzeugt werden, das ein erdgasbetriebenes Fahrzeug antreibt oder in einer Gastherme wiederum Wärme erzeugt. Zudem lässt sich das Gas in BHKW- oder Gasturbinenkraftwerken wieder verstromen. Der große Vorteil von Power-to-Gas ist also die Fähigkeit, Strom aus erneuerbaren Energien langfristig zu speichern.
Neben diesen genannten Einsatzmöglichkeiten in der Infrastruktur sowie der Nutzung der Synthese-Gase gibt es noch weitere. Die nachfolgende Grafik zeigt das gesamte Einsatzportfolio der aus erneuerbarem Strom erzeugten Gase. Darüber hinaus sind die Umwandlung in flüssige Brennstoffe – die sogenannten Power-to-Liquids – sowie deren Einsatzmöglichkeiten dargestellt.
Übersicht: Einsatzmöglichkeiten für Gase aus erneuerbar erzeugtem Strom
Wie funktioniert Power-to-Gas konkret?
Allgemein unterscheidet man bei Power-to-Gas zwischen zwei Varianten: Power-to-H₂ (Wasserstoff) und Power-to-CH₄ (Methan).
1. Power-to-H2:
Hier wird das Edukt Wasser (H₂O) unter dem Einsatz von Energie in der Elektrolyse in die Produkte Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) aufgespalten. So erhält man Wasserstoff.
2. Power-to-CH4:
Hier wird der zuvor gewonnene Wasserstoff „methanisiert“. Das bedeutet: Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid reagieren zu Methan (CH₄) und Wasser (H₂O).
Somit ist Power-to-CH₄ keine parallele Variante zu Power-to-H₂, sondern ein nachgeschalteter Schritt nach dem Power-to-H₂-Prozess. Das Prinzip von Power-to-Gas ist also reine Chemie: Es gibt Ausgangsstoffe, die sogenannten Edukte, die unter Energieeinsatz zu Produkten reagieren. Das anschließend erzeugte Synthese-Gas kann, wie in der obigen Abbildung dargestellt, in verschiedensten Nutzungsbereichen eingesetzt werden. Die Hauptaufgabe ist dabei die Substitution von fossilen Gasen.
Der Stand von Power-to-Gas im Jahr 2019
Geht es darum, welche Möglichkeiten Power-to-Gas damals bot, so muss eines ganz klar gesagt werden: Fast alle Anlagen, die die Technologie nutzten, liefen als Pilotanlagen. Kommerzielle Anlagen ließen sich vermutlich an einer Hand abzählen. So gab es in Deutschland rund 30 Pilotprojekte mit einer Elektrolyse-Leistung von insgesamt rund 25 MW.
Mit anderen Worten: Die Technik war vorhanden, politische und wirtschaftliche Rahmenbedingungen bremsten jedoch die Einführung von Power-to-Gas in den Markt weitestgehend. Auch aufgrund der Nachteile, wie zum Beispiel geringe Wirkungsgrade und hohe Investitionskosten, war die Technik wirtschaftlich (noch) unattraktiv.
Wasserstofftechnologie am Standort Deutschland
Ende 2019 war das Thema „Wasserstoff“ auf politischer Ebene aktueller als je zuvor, und Wasserstoff nahm eine echte Vorreiterrolle ein. Wo die Reise hingehen würde, war wegen der sehr neuen Diskussion allerdings noch offen. Auf dem Wasserstoffgipfel in Berlin Anfang November 2019 wurde eines jedoch klar kommuniziert: Deutschland möchte in der Wasserstofftechnologie die Nummer 1 in der Welt werden. Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier sagte dazu:
„Gasförmige Energieträger, vor allem Wasserstoff, werden ein Schlüsselrohstoff einer langfristig erfolgreichen Energiewende sein. Gleichzeitig bietet die Herstellung von CO₂-freiem und CO₂-neutralem Wasserstoff große industriepolitische Chancen. Diese müssen wir nutzen und bereits heute die Weichen dafür stellen, dass Deutschland bei Wasserstofftechnologien die Nummer 1 in der Welt wird.“
Peter Altmaier, damaliger Bundesminister für Wirtschaft und Energie
Einen ersten Schritt in Richtung Nummer 1 machten 2019 neue Fördergelder für die Wasserstoffforschung: So sagte das BMBF zusätzlich 300 Millionen Euro für die Wasserstoffforschung zu. Das zeigte, dass die Politik ein offenes Ohr für das Thema „Erneuerbare Energien“ hatte und neben den Altbekannten, wie Elektromobilität, Photovoltaik und Windkraft, vermehrt auf technologieoffene Lösungen in der Energiewende setzte. Zudem bekamen schon damals einige Pilotprojekte eine Förderung von den Ministerien.
Eine Zukunft mit Power-to-Gas?
Fest steht, dass Power-to-Gas große Potenziale bietet, wenn es um das Thema „Erneuerbare Energiesysteme“ geht. Allerdings gab es 2019 noch keinen richtigen Anreiz zur Nutzung von erneuerbarem Strom in einer Power-to-Gas-Anlage, denn das Vergütungssystem des EEG war nicht attraktiv. So galt es vonseiten der Politik, Anreize zu schaffen, um die Systemlösung Power-to-Gas zu protegieren und ihr den Weg für eine Etablierung in der Landschaft der erneuerbaren Energien zu ebnen.
