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30 Mai 2020

Aus Strom wird Gas – und umgekehrt.

Im Rahmen der «Energiestrategie 2050» des Bundes wird die Gewinnung von Strom aus erneuerbaren Quellen wie Solar- und Windkraft ausgebaut. Das Problem: Erneuerbare Energien führen zu Versorgungsschwankungen im Netz. Um diese auszugleichen, muss Strom gespeichert werden. Eine vielversprechende Möglichkeit dafür ist die Umwandlung in Gas.

Kann man jemals «zu viel» Strom haben? Ja, durchaus. Und das wird teuer, wie ein Blick zum nördlichen Nachbarn zeigt: Im Jahr 2014 beispielsweise erhielten die deutschen Stromproduzenten insgesamt 89 Millionen Euro an öffentlichen Entschädigungen für nicht erzeugten oder nicht eingespeisten Strom. Die Entschädigung wurde für jede Kilowattstunde fällig, die sie nicht produzieren konnten, weil das Netz bereits maximal ausgelastet war.

Doch wie kommt es zu einem ausgelasteten Stromnetz? Und ist dieses Problem auch für die Schweiz relevant? Gemäss den Experten des Paul Scherrer Instituts (PSI) entstehen durch erneuerbare Energien erhebliche Schwankungen in der Versorgung. Dies, weil Photovoltaik-Anlagen und Windräder bei schönem Wetter, bzw. starkem Wind, oft mehr Strom erzeugen, als das Netz zu diesem Zeitpunkt aufnehmen kann. Bei Windflaute, Nebel oder in der Nacht hingegen entstehen «Lieferschwierigkeiten». Laut PSI belastet dies nicht nur die Stromnetze, sondern erschwert auch die Planung der Netzbetreiber.

Strom auf Vorrat produzieren?

Es erscheint logisch, dass man überschüssigen Strom speichert und dann zur Verfügung stellt, wenn die Versorgung Lücken aufweist. Doch das ist einfacher gesagt als getan. Energie lässt sich nur schwer direkt – und vor allem nicht langfristig – als Strom speichern. Eine der vielversprechendsten Speichertechnologien sehen die PSI-Forscher in der Methode «Power-to-Gas». Befindet sich zu viel Strom im Netz, verwendet man diesen, um ein energiereiches Gas herzustellen. Dieses wird in speziellen Druckbehältern gelagert, um es dann bei Bedarf wieder in Strom umzuwandeln. Diese sogenannte «Verstromung» erfolgt in Blockheiz-Kraftwerken. Doch Energiespeicherung ist nicht die einzige Anwendungsmöglichkeit, denn Power-to-Gas kann auch die Industrie sowie den Verkehr nachhaltig beeinflussen. Aus dem Umwandlungsprozess von Energie in Gas lassen sich Wasserstoff oder Methan gewinnen. Laut der deutschen «Strategieplattform Power to Gas» gilt Wasserstoff als einer der Energieträger der Zukunft, da er im Gegensatz zu fossilen Stoffen bei der Verbrennung keine schädlichen Emissionen verursacht.

Energie lässt sich nur schwer direkt – und vor allem nicht langfristig – als Strom speichern.

Die Anwendungsbereiche für Wasserstoff sind vielfältig: So findet er zunehmend Einsatz als Kraftstoff in Wasserstoffverbrennungsmotoren oder in Brennstoffzellen. Mit Wasserstoff lassen sich bei der Kohlehydrierung künstlich flüssige Kohlenwasserstoffe herstellen, die fossile Kraftstoffe ersetzen. Damit eröffnet das Power-to-Gas-Verfahren im Verkehrssektor neue Chancen, die klimaschädlichen CO2- Emissionen und andere Schadstoffe (wie etwa Feinstaub) zu reduzieren. Durch die Bereitstellung von Wasserstoff oder synthetischem Erdgas als Kraftstoff ermöglicht Power-to-Gas eine nachhaltige und wirtschaftliche Kurz- und Langstreckenmobilität, wobei der erneuerbar erzeugte Kraftstoff den fossilen ersetzt.Das zweite Power-to-Gas Produkt, Methan, entsteht durch die Anreicherung von Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid. Der Vorteil der Methanisierung liegt in der Tatsache, dass ein synthetisches Erdgas (SNG) erzeugt wird das die beinahe gleichen, brenntechnischen Eigenschaften aufweist wie fossiles Erdgas. Damit lässt sich Methan ohne Mengenbegrenzung in die Erdgasinfrastruktur integrieren, wodurch das erneuerbare Gas aus dem Power-to-Gas-Verfahren zum nachhaltigen Heizen verwendet werden kann.

Wo stehen wir in der Energiestrategie?

Das Potenzial von Power-to-Gas ist beträchtlich, aber bei weitem noch nicht ausgeschöpft. Aktuell geht es darum, Wissen und Erfahrungen in diesem Bereich zu sammeln, um daraus Lösungen mit einem mittel- bis langfristigem Zeithorizont zu erarbeiten. In der Schweiz kooperieren Forschung und Wirtschaft, um solche markttauglichen Lösungen zu schaffen. So stellt hierzulande das PSI der Forschung und der Industrie eine Versuchsplattform zur Verfügung, auf der man vielversprechende Lösungsansätze in ihren komplexen Zusammenhängen testen kann: die ESI-Plattform (Energy System Integration). Verschiedene Energieanbieter nutzen diese, um die Technologie von Power-to-Gas voranzutreiben. Des Weiteren arbeiten verschiedene Institute von Fachhochschulen und Universitäten an Innovationen in diesem Bereich.

Das Nationale Forschungsprogramm «Energiewende» (NFP 70) befasst sich seinerseits mit den naturwissenschaftlich-technologischen Aspekten der Energiewende und der damit zusammenhängenden Umstellung auf ein neues Energiesystem. Ziel ist die «Erarbeitung technisch innovativer und wirtschaftlich attraktiver Lösungen für eine nachhaltige Energiepolitik der Schweiz» – wobei natürlich auch das Power-to-Gas-Verfahren eine wichtige Rolle spielt.

Und wie sieht es im Ausland aus? Hier lohnt sich wieder der Vergleich mit Deutschland. Dort werden derzeit über 20 Forschungs- und Pilotanlagen betrieben, in denen das Power-to-Gas-Verfahren eingesetzt und weiterentwickelt wird. Die Projekte haben unterschiedliche Schwerpunkte und Ziele. Bei allen geht es darum, die technische Machbarkeit zu demonstrieren, Standardisierung und Normierung zu erreichen, die Kosten zu senken und Geschäftsmodelle zu erproben.

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