Power-to-Gas: die innovative Systemlösung
Der Ausbau der Erneuerbaren Energien ist ein wesentlicher Baustein für die Erreichung der Klimaschutzziele. Strom lässt sich mit Wind und Sonne klimaneutral und effizient erzeugen, steht allerdings nur schwankend zur Verfügung – je nachdem, ob die Sonne scheint oder der Wind weht. Angebot und Nachfrage von Energie müssen aber für eine stabile Versorgung ausbalanciert werden. Die Power-to-Gas-Technologie bietet dafür eine Lösung.
Was ist Power-to-Gas?
Per Wasser-Elektrolyse wird unter Einsatz von Strom Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten. Dabei wandert der Wasserstoff zur negativ geladenen Kathode und der Sauerstoff zur positiv geladenen Anode im Elektrolyseur. Mit der Power-to-Gas-Technologie wird also elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt, die im Wasserstoff gespeichert wird. Insofern die zur Herstellung des Wasserstoffs eingesetzte Energie aus erneuerbaren Quellen stammt, entsteht grüner Wasserstoff. Dieser kann dem konventionellen Erdgas in begrenzten Mengen beigemischt und über das Gasnetz zu den Verbrauchern transportiert und bedarfsgerecht bereitgestellt werden. Ab 2025 werden H2-ready-Brennwertkesseln zur Verfügung stehen, die mit minimalem Aufwand und zu geringen Kosten auf die Nutzung von 100 Prozent Wasserstoff umgestellt werden können. Wird der Wasserstoff vor der Einspeisung in das Gasnetz methanisiert, entsteht synthetisches Gas, das auch heute schon in unbegrenzten Mengen beigemischt und genutzt werden kann.
Wie werden Wasserstoff und Methan mit Strom hergestellt?
- Strom wird von der Power-to-Gas-Anlage aufgenommen.
- Bei der Elektrolyse in der Power-to-Gas-Anlage wird Wasser (H2O) mit Hilfe von elektrischer Energie in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gespalten.
- Der Wasserstoff kann direkt genutzt oder in die Gasinfrastruktur eingespeist werden. Dabei sind technische Beimischungsgrenzen der Infrastruktur und der angeschlossenen Anwendungen zu beachten. Reiner Wasserstoff wird heute bereits zum Beispiel in der Industrie oder in Fahrzeugen genutzt.
- Aufgrund technischer Beinmischungsgrenzen kann eine Methanisierung des Wasserstoffs als weiterer Verfahrensschritt sinnvoll sein. Bei der Methanisierung werden aus Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) das mit Erdgas nahezu identische Methan (CH4) und Wasser (H2O) erzeugt.
- Das eingesetzte CO2 stammt zum Beispiel aus erneuerbaren CO2-Quellen (wie einer Biogasanlage) oder aus Industrieprozessen.
- Das entstandene synthetische Gas (SNG – Synthetic Natural Gas) wird in die Gasinfrastruktur eingespeist.
Erneuerbaren Strom speicherbar machen
Für den Stromtransport aus dem windreichen Norden in den energieintensiven Süden Deutschlands steht neben den Stromtrassen die gut ausgebaute Gasinfrastruktur als zusätzliches Transportnetz zur Verfügung. Hinzu kommen die Gasspeicher: Ihre Speicherkapazitäten betragen bis zu 260 TWh und übersteigen damit die aktuelle Stromspeicherkapazität um das 6.000-fache. Der an sonnen- und windreichen Tagen erzeugte Ökostrom kann durch die Power-to-Gas-Technologie saisonal in großen Mengen gespeichert und als Gas flexibel angewendet werden.
Die Energiesektoren miteinander koppeln
Um die Klimaziele zu erreichen und gleichzeitig die sichere Versorgung mit Energie zu gewähleisten, benötigen wir mehr verbindende Elemente zwischen den Sektoren der Energiewirtschaft, dem Verkehrssektor und der Industrie. Power-to-Gas ist solch ein wichtiges Kopplungselement zwischen Strom-, Wärme- und Gasinfrastruktur. Durch die Umwandlung von erneuerbarem Strom in Gas kann diese Energie auch in anderen Sektoren nutzbar gemacht werden und so zum Beispiel zur Dekarbonisierung der Industrie beitragen. Mit dem Gasnetz steht ein über 500.000 Kilometer langes Leitungsnetz für die Erneuerbaren zur Verfügung.
Die Power-to-Gas-Technologie hat sich in zahlreichen Forschungs- und Pilotprojekten längst als praktikabel und effizient erwiesen. Die Anzahl der Anlagen in Deutschland kann parallel zum Ausbau der Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien bedarfsgerecht gesteigert werden.
Einen Überblick über die bereits bestehenden Power-to-Gas-Anlagen in Deutschland finden Sie in unserer Gas-kann-grün-Karte.
Faktenblatt Biomethan
Erneuerbares Biogas kann auf Erdgasqualität aufbereitet und als Biomethan in die vorhandene Gasinfrastruktur eingespeist werden.
Potenzial Wasserstoff
Wasserstoff macht es möglich, regenerativ erzeugte Energie in bedeutenden Mengen zu speichern und gilt als Energieträger der Zukunft.
Power-to-Gas
Mittels Elektrolyse lässt sich regenerativ erzeugter Strom in Wasserstoff und optional in einem weiteren Schritt in Methan umwandeln.