Wir brauchen Energie in nahezu allen Lebensbereichen. Ob es um die Fortbewegung geht oder um die Nutzung von elektronischen Geräten, um Privathaushalte, Gewerbe oder große Industriebetriebe – ohne Energie geht nichts. Doch der Bedarf schwankt. Damit immer genau so viel Energie verfügbar ist, wie in einem bestimmten Moment erforderlich ist, braucht es einerseits flexible Erzeuger. Andererseits sind aber auch Methoden gefragt, um die erzeugte Energie zu speichern. Sehr vielversprechend ist dabei Gas, welches aktuell größtenteils noch fossil geprägt ist, in Zukunft jedoch zunehmend erneuerbar wird, beispielsweise durch den Einsatz von Biomethan (aus Biogas) und Wasserstoff.
Welche Vorteile Gas als Energiespeicher bietet, welche Rolle es als solcher aktuell bereits spielt, wie genau der Energiespeicher Gas funktioniert und was grüner Wasserstoff damit zu tun hat, das erfahren Sie in diesem Artikel.
Dieser Beitrag wurde am 26.07.2023 aktualisiert.
Warum ist Gas als Energiespeicher für die Energiewende so wichtig?
Die Energiewende ist in vollem Gange. Seit April 2023 sind die letzten Atomkraftwerke vom Netz, die Tage der Kohlekraft sind gezählt und erneuerbare Energien übernehmen zunehmend die Versorgung mit Strom und Wärme. Ob Windkraftanlagen oder Photovoltaik, Wasserkraftwerke oder Biomasseanlagen – „die Erneuerbaren“ erobern den Markt der Energieversorgung. Doch die Energieerzeugung ist dabei nur ein Thema. Ein anderer, ebenso wichtiger Punkt ist die Energiespeicherung. Auch hier braucht es umweltfreundliche, alternative Lösungen. Eine Möglichkeit mit vielen Vorteilen bietet die Nutzung von Untergrundspeichern für Gas. Denn Gas als Energiespeicher kann die perfekte Ausgleichsmöglichkeit für die volatilen erneuerbaren Energien Wind und Sonne sein sowie eine stabile Energieversorgung sichern.
Bereits heute betreiben die Mitglieder des Bundesverbands Erdgas, Erdöl und Geoenergie e. V. (BVEG) weit über 200 Kavernenspeicher in verschiedenen Speicheranlagen sowie etliche Porenspeicher. Gemeinsam verfügen sie damit über ein Speichervolumen, das momentan etwa einem Viertel der jährlich in Deutschland verbrauchten Erdgasmenge entspricht. Gleichzeitig helfen die Speicher der BVEG-Mitglieder dabei, sowohl witterungsbedingte als auch tages- und jahreszeitlich bedingte Schwankungen in der Nachfrage abzudecken. So dient Gas als Energiespeicher der Stabilisierung des Netzes sowie der Bezugsoptimierung bei schwankenden Gaspreisen. Und: Durch die Nutzung von Gas als Energiespeicher ist die verlässliche Gasversorgung in Deutschland zusätzlich gesichert.
Kavernen- und Porenspeicher: So lässt sich Gas als Energiespeicher nutzen
Kavernen- und Porenspeicher sind zwei unterschiedliche Arten von Untertage-Erdgasspeichern. Sie machen Gas als Energiespeicher nutzbar. Während Porenspeicher natürliche Lagerstätten sind, handelt es sich bei Kavernenspeichern um große, künstlich angelegte Hohlräume in unterirdischen Salzstöcken. Beide Varianten eignen sich zum Speichern von Gas, haben dabei aber jede für sich ihre eigenen Vorteile.
Der Porenspeicher
Der größte Vorteil von Porenspeichern für die Nutzung von Gas als Energiespeicher ist ihre beeindruckende Größe. Porenspeicher befinden sich in der Regel in porösem Gestein ehemaliger Erdgas- oder Erdöllagerstätten oder in wasserführenden Gesteinsschichten (Aquiferspeicher). Wie ein stabiler Schwamm nimmt das Gestein das Erdgas auf und lagert es ein. Dabei wird das Gas mit großem Druck in die extrem kleinen Gesteinsporen geleitet. Während Porenspeicher nach oben hin in der Regel durch andere Schichten aus Ton oder Salz verschlossen sind, dichten nach unten hin meistens wasserführende Bereiche die gasdurchlässigen Gesteinsschichten ab. Auf diese Weise hat die Natur selbst alle wichtigen Voraussetzungen für die Nutzung des natürlichen Porenraums als Speicher geschaffen.
Der Kavernenspeicher
Allgemein haben Kavernenspeicher als Energiespeicher einen großen Vorteil gegenüber dem Porenspeicher. Denn während das Gas bei Porenspeichern erst durch das poröse Gestein zu einer Bohrung strömen muss, die den Speicher mit einer Versorgungspipeline verbindet, ist das Gas im Kavernenspeicher über die Tiefbohrung direkt mit den obertägigen Speicheranlagen verbunden. Und: Als künstliche, durch bergmännische Solprozesse in unterirdischen Salzstöcken angelegte Hohlräume garantieren Kavernenspeicher eine natürliche Dichtheit. Möglich ist das dank einer Salzschicht, die bei der sogenannten Aussolung des Hohlraums übrig bleibt. Mit Hohlräumen von bis zu 500 Metern Höhe können Kavernen große Gasmengen aufnehmen. Die „Befüllung“ erfolgt dabei mittels einer Tiefbohrung. Der Nachteil der Kavernenspeicher ist jedoch, dass sowohl Kaverne als auch Tiefbohrung erst aufwendig angelegt werden müssen, bevor der Hohlraum zum Einlagern von Gas nutzbar ist.
Gas, Energiespeicher und Energiewende – so hängen sie zusammen
Trotz der Nachteile des Kavernenspeichers lässt sich sagen, dass sich beide Energiespeicher sehr gut als Ergänzung zu erneuerbaren Energien eignen. Denn beide ermöglichen eine bedarfsgerechte Verbindung von Energieversorgern und -verbrauchern. Gerade in Zeiten der Energiewende, da der Anteil volatiler Energiequellen stetig steigt, ist das ein wichtiger Punkt. Und das nicht zuletzt auch deswegen, weil Gas als Energiespeicher dabei hilft, die Residuallast auszugleichen. Das leistet einen wichtigen Beitrag zur Stabilisierung des Stromnetzes. Für das Gelingen der Energiewende ist das ein ganz wesentlicher Faktor.
Aber – um Gas zu einem wirklich verlässlichen Energiespeicher zu machen, der sich bedarfsgerecht nutzen lässt, braucht es auch eine Methode, um erneuerbaren Strom in Gas umzuwandeln. Und damit kommt Power-to-Gas ins Spiel.
Was ist Power-to-Gas und wie effizient ist es?
Allgemein versteht man unter Power-to-Gas eine Umwandlungstechnologie, die der Speicherung von Energie dient. In einem chemischen Prozess wird hierbei unter dem Einsatz von erneuerbarem Strom durch Wasserelektrolyse sowie eventuell durch eine nachgeschaltete Methanisierung ein Synthese-Gas hergestellt. Das Besondere dabei: Power-to-Gas macht es möglich, dass Strom sich sektorenübergreifend nutzen und speichern lässt. So kann man zum Beispiel aus Strom Gas (Wasserstoff und/oder Methan) erzeugen. Dieses kann dann erdgasbetriebene Fahrzeuge antreiben oder in einer Gastherme Wärme erzeugen. Zudem ist das Gas vor allem in Spitzenlast-BHKW-Anlagen wieder verstrombar. Zwar ist der Gesamtwirkungsgrad dieser Kette von Strom über Gas zurück zu Strom gering, dafür lässt sich die Energie lange und in großen Mengen speichern. Deshalb kann diese Technologie die Energiewende entscheidend stützen.
Power-to-Gas als wichtiger Treiber der Energiewende
Lange war es das große Problem der erneuerbaren Energien Wind und Sonne: Wie lassen sich die großen Mengen der hier erzeugten Energie speichern? Die Antwort lautete: gar nicht! Doch genau das lässt sich mit der Nutzung von Power-to-Gas ändern – denn Power-to-Gas bietet die Möglichkeit, Strom aus erneuerbaren Energien in Form von Gas langfristig „haltbar“ zu machen.
Hinzu kommt, dass für Methan die notwendige Infrastruktur zum Energiespeichern mit Gasnetz und Untergrundspeichern bereits vorhanden ist; für Wasserstoff muss sie dagegen erst noch ausgebaut werden. Damit kann Power-to-Gas für die Energiewende ganz wichtige Systemaufgaben übernehmen. Vor allem im Hinblick auf die voranschreitende Dekarbonisierung durch Synthese-Gase oder Wasserstoff spielt Power-to-Gas eine zentrale Rolle. So soll zum Beispiel ein eigens erzeugtes Synthese-Gas fossile Brenngase ersetzen. Der Einsatz von Synthese-Gas ist sowohl in der Industrie denkbar als auch überall dort, wo Brenngase genutzt werden.
Grüner Wasserstoff als Energiespeicher
In diesem Zusammenhang ist immer wieder von grünem Wasserstoff als Energiespeicher die Rede. Doch welche Potenziale bietet er eigentlich? Und welche Rahmenbedingungen sind für seinen zuverlässigen Einsatz wichtig?
Grüner Wasserstoff ist zu 100 Prozent klimafreundlich. Mittels eines emissionsfreien Elektrolyseverfahrens gewonnen, bei dem Wasser mit Strom aus erneuerbaren Energien zerlegt wird, gilt grüner Wasserstoff als CO₂-neutral. Zudem entsteht der Energieträger bei der Vergärung von Biomasse sowie bei der Reformierung von Biogas – ebenfalls klima- und umweltfreundlich sowie CO₂-neutral. Damit ist eine entscheidende Eigenschaft für die Nutzung von Wasserstoff als Energiespeicher im Rahmen der Klimawende gegeben.
Aber: An den Speichermöglichkeiten für grünen Wasserstoff hapert es aktuell noch. Laut der „Initiative Energien Speichern“ (INES) werden bis 2045 Wasserstoffspeicher mit einer Kapazität von bis zu 74 TWh gebraucht. Durch die Umrüstung bestehender Erdgasspeicher ließen sich laut INES allerdings nur etwa 32 TWh bereitstellen. Das heißt, dass über die Umrüstung hinaus bis 2045 zusätzliche Speicher für grünen Wasserstoff entstehen müssten. Hinzu kommt eine mangelnde Erfahrung mit sämtlichen Prozessen rund um Planung, Genehmigung und Umsetzung im Zusammenhang mit einer Wasserstoff-Infrastruktur. Das zeigt, dass beim Wasserstoff als Energiespeicher noch viel Luft nach oben ist.
