Power-to-Gas als ein Weg der Sektorenkopplung für die Energiewende

STUTTGART. Für eine wirksame Klimaschutzpolitik müssten die Emissionen aus den Sektoren Strom, Wärme und Verkehr gemeinsam betrachtet werden, mahnte Baden-Württembergs Umweltminister Franz Untersteller (Grüne) bereits Anfang des Jahres in der Landesvertretung in Brüssel, es gelte dringend national und auf europäischer Ebene nachzusteuern.

Die Sektorenkopplung ist neben dem Nutzen der bestehenden Effizienzpotenziale und dem direkten Einsatz erneuerbarer Energien die dritte Säule im Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung. Laut dem Umweltbundesamt wurde im Jahr 2018 zwar bereits knapp 38 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien gewonnen. Im Bereich Wärme indes waren es 13,9 Prozent. Und im Sektor Verkehr wird gerade mal zu 5,6 Prozent ökologisch gefahren.

Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches betont in einem aktuellen Positionspapier denn auch, dass die Sektorenkopplung die Schlüsseltechnologie der Energiewende sei. „Ziel ist es, Energie zur richtigen Zeit am richtigen Ort einsetzen zu können“.  Und weiter: „Die Synergieeffekte können die Schwankungen der erneuerbaren Energie ausgleichen.“ Denn Wind- und Sonnenenergie sind vom Wetter abhängig und stehen nicht immer gleichmäßig zur Verfügung, so wie etwa der Strom aus einem Gaskraftwerk.

Vernetzung von Gas- und Strominfrastruktur

In einer aktuellen Studie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) wird die Vernetzung der Gas- und Strominfrastruktur als elementarer Baustein für das Gelingen der Energiewende bezeichnet. Die ZSW-Wissenschaftler ermittelten im Auftrag der Transportnetzbetreiber für Strom (Transnet BW) und Gas (terranets bw), die Einsatzmöglichkeiten von Power-To-Gas(-to-Power)-Anlagen an der Schnittstelle von Stromübertragungs- und Ferngasleitungsnetz in Süddeutschland. 

Das Fazit der Forscher: Power-to-Gas ist eine flexible Option, die wie keine andere Übertragungsnetze und Fernleitungsnetze verbinden könne.  Dabei wird durch Elektrolyse wird aus Wasser und elektrischer Energie Wasserstoff erzeugt. Aus diesem kann wiederum – dank sogenannter Methanisierung mit Hilfe von Kohlendioxid – synthetisches Erdgas (SNG) hergestellt werden. Dieser künstlich produzierte Energieträger aus Wasserstoff und Methan wird danach ins Erdgasnetz eingespeist, und so anderen Sektoren wie dem Verkehr, dem Wärmemarkt oder der chemischen Industrie zur Verfügung gestellt. Ein weiterer Vorteil sei, dass sich das Gas gut in der vorhandenen Infrastruktur lagern sowie transportieren lasse, zudem bedarfsgerecht rückverstromt werden könne.

Leuchtturmprojekt in Wyhlen am Hochrhein

„Power-to-Gas bietet damit die Option, fluktuierende, erneuerbare Energie ins System zu integrieren, zu speichern und vielfältig weiter zu nutzen“, heißt es in der Studie. So könne es auch die Versorgungssicherheit erhöhen. Aktuell allerdings befindet sich Power-to-Gas in einer Demonstrationsphase. Zudem bestehen noch wirtschaftliche, rechtliche und technische Hürden. Die Forscher empfehlen unter vielem anderen, den energiewirtschaftlichen Rechtsrahmen für Speicher im Allgemeinen und Power-to-Gas im Speziellen klar zu definieren, um Akteuren Investitionssicherheit zu ermöglichen.

Ein Leuchtturmprojekt Power-to-Gas Baden-Württemberg, das vom Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg mit 4,5 Millionen Euro gefördert und vom ZSW koordiniert wird, ist das Wasserkraftwerk Wyhlen am Hochrhein: Dort wurde in 2018 ein kommerzieller Ein-Megawatt-Elektrolyseur mit angebundener Forschungsplattform eingeweiht. Erste Testergebnisse bestätigen eine 20-prozentig höhere Leistungsdichte im Vergleich zum kommerziellen Anlagenteil. Der erzeugte Wasserstoff wird vor Ort in Trailer vertankt, versorgt etwa Tankstellen. Der Standort bietet zudem die Möglichkeit, die Abwärme aus der Elektrolyse und den Nebenaggregaten künftig in einem nahegelegenen Wohngebiet zu nutzen; so lässt sich der Gesamt-Stromnutzungsgrad der Anlage auf über 90 Prozent steigern.

Was ist Power-to-X?
Neben Power-to-Gas gibt es weitere Möglichkeiten, die Stromüberschüsse der erneuerbaren Energien zu nutzen, daher wird dieses Verfahren allgemein Power-to-X genannt. Bei der Power-to-Mobility-Technologie werden Elektrofahrzeuge geladen: Die Autobatterie kann als Stromspeicher genutzt werden, von Power-to-Gas-Prozessen können auch gasbetriebene Fahrzeuge profitieren. Bei Power-to-Valuables wird überschüssiger Strom in der Industrie genutzt für chemische Produkte, Druckluft, Schmelzen von Metallen, Oberflächen-Veredelungsprozessen und mehr. Power-to-Liquids bezeichnet die Herstellung von Treibstoffen aus Überschussstrom. Dies kann auch im Wärmebereich genutzt werden.