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Power to Gas (P2G): Nachhaltige Technologie fĂĽr 2023?

blaue Power to Gas Flamme, die von Hand mit Lupe betrachtet wird

Das Vorantreiben der Energiewende und die Nutzung von Instrumenten, die das gesamte Energiesystem optimieren, sind ausschlaggebend, um langfristige Klimaschutzziele zu erreichen. Die erneuerbare Energie Technologie „Power to Gas“ kann durch ihre bedeutende Rolle einen Lösungsansatz darstellen. Der P2G-Prozess veranschaulicht einen der wichtigsten Bausteine, um Klimaschutzziele in Deutschland erreichen zu können.


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Was versteht man unter „Power to Gas“?

Pflanze und Papier stehen fĂĽr Power to Gas Technologie

Eine der größten Herausforderungen der Energiewende bleibt die volatile Einspeisung von regenerativ erzeugtem Strom. Mit Power to Gas wird von einer technischen und wirtschaftlichen Lösung für die Erreichung der Klimaschutzziele gesprochen. Die Methode P2G dient als zentrales Kopplungsinstrument zwischen Strom- und Gasinfrastruktur. Politik und Fachwelt stimmen überein, dass die Nachfrage steigen und die Technologie zukünftig unumgänglich sein wird.

Die Notwendigkeit der Umsetzung von Klimaschutz und Energiewende führt zu einer kontinuierlichen Steigerung der Nutzung erneuerbarer Energien. Maßgeblich für den Erfolg ist die effiziente Anwendung dieser. Da der Verbrauch erneuerbarer Energien steigt, soll Power to Gas dazu beitragen, die Energiespeicherung von überschüssiger Energie sicherzustellen und eine Speicherung über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten.

Wie funktioniert Power to Gas?

Power to Gas gilt als Zukunftstechnologie, da im Stromsektor gewonnene erneuerbare Energie in großen Mengen gespeichert und als Gas weiterverwendet werden kann. Dies erfolgt durch die Umwandlung elektrischer Energie zu einem gasförmigen Energieträger, welcher leichter und in größeren Mengen gespeichert werden kann.

Um die Speicherung zu vereinfachen, werden im Methanisierungsprozess folgende Schritte durchlaufen:

  1. Erzeugung
  2. Elektrolyse
  3. Synthese
Infografik zur Funktionsweise von Power to Gas
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Quelle: Eigene Darstellung

Als Grundlage in der Power to Gas-Anlage dient ĂĽberschĂĽssiger erneuerbarer Strom, welcher in Gas umgewandelt werden soll. Im ersten Schritt wird hierzu Wasser elektrolysiert. Dies bedeutet, dass Wasser in der Elektrolyse mittels Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Da der Sauerstoff fĂĽr diesen Prozess nicht verwertbar ist, wird er abgelassen oder verkauft.

Die Betrachtung fällt auf den Wasserstoff, welcher in einen zweiten Reaktor geführt wird. Das gewonnene Wasserstoffgas wird weiterverarbeitet und reagiert an einem Katalysator zu Methan- und Wassermolekülen. Im finalen Part wird durch Methanisierung der Stoff Methan (CH4) gewonnen und kann direkt ins Gasnetz eingespeist werden.

Ein positiver Effekt ist die Vermeidung brennbarer Gase, da diese mithilfe von Strom aus dem Wasser extrahiert werden können. Die gewonnenen Energieträger Wasserstoff oder Methan verursachen bei der Verbrennung also keine schädlichen Emissionen.

Die weitestgehend COâ‚‚-freie Erzeugung von Gasen bereichert die Speicherung in Gasinfrastrukturen, sowie den Transport und die Bereitstellung der Energie. Die Technologie erlaubt auf lange Sicht nicht nur die lokale, sondern sogar die globale Erzeugung erneuerbarer Energien.

Wie effizient ist Power to Gas?

Orange Steckdose steht fĂĽr Power to Gas Effizienz

Power to Gas funktioniert zumindest in Deutschland noch wenig effizient. Zum aktuellen Stand wird ein Power to Gas Wirkungsgrad von rund 60 % vermerkt.

Dies lässt sich auf die großen Mengen an erneuerbarer Energie und der damit zusammenhängenden Abhängigkeit der Belieferung aus dem Ausland begründen. Darüber hinaus soll die Technik der Elektrolyse optimiert werden. Diese weist jedoch begrenzte Verbesserungspotenziale auf. Eine weitere relevante Thematik, die zur Steigerung der Effizienz beitragen soll, ist die Rückverstromung, wofür effizientere Gaskraftwerke von Nöten sind.

WofĂĽr wird Power to Gas genutzt?

Power to Gas Nutzen

Langfristig soll Power to Gas als Möglichkeit der Sektorenkopplung genutzt werden. Dies bedeutet, dass mehr Nutzen aus erneuerbaren Energieformen gezogen werden kann, während die Balance zwischen ökologischer Erzeugung, Versorgungssicherheit und ökonomischem Verbrauch berücksichtigt wird.

Neben der Option, überschüssige Energie zu speichern, trägt P2G zur Strom- und Wärmeerzeugung bei. Darüber hinaus findet die Technologie ihren Einsatz in der Chemieindustrie und wird für Schifffahrt und Straßenverkehr eingesetzt. Abgesehen von der öffentlichen und industriellen Nutzung, können Power to Gas-Anlagen auch in Form einer Kleinanlage für den privaten Gebrauch eingesetzt werden.

Power to Gas-Kleinanlagen fĂĽr den privaten Gebrauch

Die Power to Gas-Technologie ist bereits so weit fortgeschritten, dass nicht nur deutschlandweite Pilotprojekte zur Förderung beitragen, sondern Power to Gas-Kleinanlagen auch für den privaten Gebrauch gekauft und installiert werden können. 2019 wird die erste Power to Gas-Anlage in einer Wohnanlage in Augsburg in Betrieb genommen. Sie funktioniert wie eine reguläre P2G-Anlage und trägt dazu bei, dass für das gesamte Gebäude Wärme für die verschiedenen Haushalte erzeugt wird.

Bei Sanierungsarbeiten wurde hierfür der Ölkessel zur Wärme- und Warmwasseraufbereitung durch eine Power to Gas-Anlage ersetzt. Durch deren Installation kann ein Großteil des Energiebedarfs direkt im Gebäude erzeugt und als Erdgas gespeichert werden.

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In diesem spezifischen Fall der Augsburger Kleinanlage für P2G besteht das Konzept aus einer 150 kWp Photovoltaikanlage, zwei Brennwert-Wärmeerzeugern, einer Wärmepumpe, einem Batteriespeicher und Speicher für Kohlendioxid, Erdgas und Sauerstoff, welche bei der Umwandlung am relevantesten eingestuft werden.

Auch in näherer Zukunft sollen Power to Gas-Anlagen als Energiespeicher zur Eigenversorgung von beispielsweise Ein- oder Mehrfamilienhäusern, Bauernhöfen oder im maritimen Bereich dienen und nutzbar sein. Grundlage dessen ist die Nutzung gesamter Blockheizkraftwerke, Brennwertthermen oder Klimaanlagen, welche nicht nur im großen Stil, sondern auch für Personen zu Hause über P2G betrieben werden können.

Was kostet eine Power to Gas-Anlage?

Power to Gas Kosten

Wie hoch die Kosten für eine Power to Gas-Anlage sind, lässt sich nicht explizit festhalten. Die Kosten sind abhängig von der Größe der Anlage. Realistisch kann man jedoch von Investitionskosten pro kwh Stromleitung zwischen 2.500 und 3.500 € ausgehen.

Es kommt jedoch nicht allein auf die Investitionskosten, sondern darĂĽber hinaus auch auf die Betriebskosten an. Daneben entstehen Kosten fĂĽr den Methanisierungsprozess, welche berĂĽcksichtigt werden mĂĽssen.

Um zukünftig Kosten einsparen zu können, gilt es, Synergien mit anderen Prozessen effizienter zu nutzen. Dadurch werden Investitionskosten gesenkt und der Wirkungsgrad des Gesamtsystems erhöht.

Wie sieht die Power to Gas-Situation in Deutschland aus?

Deutschland gilt aufgrund seiner hervorragenden Umwelteigenschaften, die sich bezĂĽglich Power to Gas insbesondere fĂĽr Windgasanlagen eignen, als absoluter Vorreiter. In der Infografik des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) kann eine interaktive Karte fĂĽr Power to Gas-Anlagen in Deutschland entnommen werden.

Mit seinen fast 30 Pilotprojekten, die fast bundesweit zu finden sind, erreicht Deutschland bereits die Lagerung von circa 200 Terawattstunden Energie, die in unterirdischen Gasspeichern gelagert wird. Zum Vergleich: Wir sprechen hier von einer rund 23.000-fachen Kapazität eines Pumpspeicherkraftwerks!

Ein Beispiel eines erfolgreichen Pilotprojekts kann durch das Bundesland Brandenburg geliefert werden. Hier konnte das Unternehmen Uniper in Zusammenarbeit mit einer Pilotfabrik Windgas in Form von Wasserstoff ins Gasnetz einspeisen. Darüber hinaus liegt der Grundstein für den Prozess der Methanisierung, wodurch weitere Fortschritte erzielt werden können.

Was sind die Vor- und Nachteile von Power to Gas?

Power to Gas Vor- und Nachteile

Aufgrund großer Energieverluste durch Mehrfachumwandlung steht die Power to Gas-Technologie in der Kritik. Die Vor- und Nachteile der nachhaltigen und vielversprechenden Lösung sollen aufzeigen, weshalb diese wirtschaftlich noch nicht vertretbar ist und welche Punkte Weiterentwicklung bedürfen.

Vorteile von Power to Gas

  • Weitestgehend emissionsfreie Technologie durch die Bindung von COâ‚‚ und Dekarbonisierung verschiedener Sektoren
  • Ersetzung fossiler Brennstoffe durch erneuerbaren grĂĽnen Wasserstoff
  • Methan ist weniger explosiv und enthält zudem dreimal mehr Energie / Kubikmeter als Wasserstoffgas
  • Langfristspeicher fĂĽr Dunkelflauten (Zeiten, in denen Strom weder durch Solar- oder Windenergie gewonnen werden kann)
  • Technologien zur Gaserzeugung sind flexibel und leicht anwendbar fĂĽr die elektrische Einspeisung
  • Gut ausgebaute und bereits vorhandene Gasnetz- und Speicherinfrastruktur
  • Entlastung des Stromsektors durch Kostendämpfung

Nachteile von Power to Gas

  • Fehlende Wirtschaftlichkeit (Herstellung synthetischer Gase ist derzeit teuer, zudem kommen teure Speicheroptionen)
  • Schlechter Wirkungsgrad und hohe Energieverluste bei Elektrolyse und Methanisierung
  • Zwar ist die Technologie P2G klimafreundlich, die Anlagen dazu sind jedoch nicht unbedingt nachhaltig
  • Es fehlen spezifische Regelungen fĂĽr P2G-Produkte, ein konsistenter Ordnungsrahmen und eine klare Rechtsgrundlage
  • Power to Gas-Anlagen werden als Letztverbraucher eingestuft, wodurch der Strom mit Entgelten, Umlagen, Steuern etc. belastet wird und sich die Inbetriebnahme neuer Anlagen dadurch nicht lohnt
Aktualisiert am