Power to Gas
Englisch: power to gas
Die Speicherung von erzeugter elektrischer Energie in gasförmiger Form, üblicherweise durch Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff sowie Umwandlung des Wasserstoffs zu Methan.
Power to Gas: Überschussstrom in speicherbaren Kraftstoff umwandeln
Power to Gas ist ein Umwandlungsprozess, der elektrische Energie in chemische Energie umwandelt und in Gasen, hauptsächlich Wasserstoff oder Methan, speichert. Die Kerntechnologie basiert auf Elektrolyse: Elektrischer Strom wird durch Wasser geleitet, um H₂O-Moleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Ein einzelner Elektrolyseur wandelt Strom und demineralisiertes Wasser an Kathode und Anode jeweils in diese beiden Gase um. Der Wasserstoff kann direkt in Drucktanks oder Rohrleitungsnetzen gespeichert oder durch Methanisierung weiterverarbeitet werden, um synthetisches Methan (CH₄) herzustellen, das in bestehende Erdgasinfrastruktur integriert werden kann.
Der Haupttreiber für Power-to-Gas-Anlagen ist der Netzausgleich. Wenn Wind- oder Solarstromerzeugung die Nachfrage übersteigt, müssen Betreiber zwischen Abreglung (Energieverschwendung) oder Speicherung wählen. Elektrolyseure können Überschussstrom innerhalb von Minuten aufnehmen und in speicherbare chemische Form umwandeln. Industrielle Anlagen arbeiten mit 50 bis 100 Megawatt elektrischer Leistung, wobei auch kleinere Einheiten mit Leistungen im niedrigen Megawatt-Bereich existieren. Wasserstoff entsteht in alkalischen Elektrolyseuren bei Drücken um 30 bis 50 bar, während Protonenaustauschmembran-Systeme (PEM) höhere Drücke liefern und so nachgelagerte Verdichtungskosten senken.
Wirkungsverluste sind erheblich. Die Wasserspaltung erreicht unter normalen Betriebsbedingungen einen elektrochemischen Wirkungsgrad von 60 bis 75 Prozent. Die Methanisierung, bei der ein zweiter Umwandlungsschritt Wasserstoff und abgeschiedenes CO₂ zur Methansynthese nutzt, verursacht zusätzliche Verluste von 10 bis 15 Prozent. Der End-to-End-Wirkungsgrad vom Netzstrom zum gespeicherten Methan liegt daher bei etwa 50 bis 65 Prozent. Diese Lücke bleibt die zentrale Beschränkung der Technologie: Sie speichern weniger Energie, als Sie eingespeist haben, was diese Lösung nur wirtschaftlich macht, wenn andernfalls Stromerzeugung abgeregelt würde.
Integration und Anwendungsfälle
Wasserstoff aus Power to Gas findet direkte Anwendung in industriellen Prozessen: Ammoniaksynthese, Stahlherstellung und Erdölverarbeitung verbrauchen bereits im großen Maßstab Wasserstoff. Das Einspeisung von Wasserstoff in Erdgasnetze ist bis zu 15 bis 20 Volumenprozent ohne Umbauten an Geräten und Turbinen möglich; darüber hinaus werden Infrastrukturumrüstungen erforderlich. Synthetisches Methan (auch Power to Methane oder PtM genannt) umgeht diese Einschränkung, da es sich chemisch identisch zu fossilem Methan verhält und bestehende Rohrleitungssysteme, Speicherkavemen und Verbrauchsgeräte ohne Änderungen nutzen kann.
Die Technologie bleibt von günstigen Strompreisen abhängig. Power-to-Gas-Anlagen arbeiten in Zeiträumen mit negativen oder sehr niedrigen Großhandelsstrompreisen, typischerweise einige hundert Stunden pro Jahr in etablierten Märkten mit hohem Erneuerbaren-Anteil. Die Kapitalkosten für Elektrolyseure liegen je nach Technologie und Skalierung zwischen 400 und 1.500 USD pro Kilowatt elektrischer Leistung. Ohne Subventionen oder CO₂-Preisierungsmechanismen, die Abreglung benachteiligen, kämpfen die meisten Projekte um akzeptable Renditen. Die langfristige Viabilität hängt vom Umfang der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und der Starrheit bestehender Gasbedarfs- und Speicherinfrastruktur ab.