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Ausgabe 04/2013
Energiespeicher

Aus Strom wird Gas   

Speicher, die das schwankende Angebot von Sonnen- und Windstrom ausgleichen könnten, sind einer der Schlüssel für die Energiewende. Anders als Batterien, Pumpwasser- oder Druckluftspeicher, die überschüssigen Strom nur begrenzt aufnehmen können, wären chemische Speicher im Prinzip geeignet, Überangebote oder Mangel tage- und wochenlang zu überbrücken. Die Idee: Elektrische Energie wird in stofflichen Energieträgern abgelegt – in Wasserstoff oder Methan – und im bestehenden Erdgasnetz gespeichert.


Das Gasverteilnetz als Wasserstoff-Speicher – die „Batterie der Zukunft“? (Grafik: Thüga)

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Während die Pumpspeicher – aus heutiger Sicht die effizientesten Großspeicher – maximal 0,04 Terawattstunden elektrischer Energie vorhalten können (siehe Energie-Perspektiven 3/2007), schafft das deutsche Erdgasnetz nach Angaben des Verbandes Kommunaler Unternehmen (VKU) theoretisch das 1500- bis 3000-fache. Mit rund 500.000 Kilometer Rohrleitungen und Speichern für 20 Milliarden Kubikmeter Gas wäre es selbst für den Speicherbedarf im Jahr 2050 groß genug (siehe Energie-Perspektiven 2/2008). Dann sollen 80 Prozent des deutschen Stroms aus Erneuerbaren Quellen kommen.

Für die Umwandlung wird Wasser per Elektrolyse in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Aus Letzterem lässt sich anschließend mit Hilfe von Kohlendioxid Methan, d.h. synthetisches Erdgas erzeugen. Allerdings: Wird Strom in Gas verwandelt, geht etwa ein Drittel der Energie verloren. Wird das Gas anschließend in Strom zurücktransformiert, zum Beispiel in Gaskraftwerken, liegt der Wirkungsgrad nur noch bei rund 30 Prozent.


Im Elektrolyseur wird Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt. (Foto: Thüga)
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Wegen des schwankenden Stromangebots der erneuerbaren Quellen wird eine Strom-zu-Gas-Anlage zudem nicht im Dauerbetrieb laufen. Sie muss flexibel steuerbar sein und häufigem Hoch- und Herunterfahren standhalten, ohne dass Lebensdauer und Wirkungsgrad zu sehr darunter leiden. Dafür sind umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten nötig.

Der Sprung vom Labor zur Praxis vollzog sich jetzt in Frankfurt. Hier hat Ende November die bundesweit die erste Strom-zu-Gas-Anlage mit Funktionstests begonnen, die Wasserstoff in ein kommunales Gasverteilnetz einspeichert. Bis Ende 2016 will die Mainova AG zusammen mit weiteren zwölf Unternehmen der Thüga-Gruppe und begleitet von wissenschaftlichen Partnern erkunden, wie sich die 1,5-Millionen-Euro-Anlage bewährt.

Kernstück der Elektrolyse-Anlage ist eine Protonen-Austausch-Membran. Aus Wasser erzeugt sie mit einer Stromleistung von 315 Kilowatt rund 60 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde und kann so stündlich 3000 Kubikmeter mit Wasserstoff angereichertes Erdgas in das Frankfurter Netz einspeisen. Selbst in verbrauchsschwachen Sommermonaten könne dieser Standort den nötigen Mindestgasabsatz gewährleisten, sagen die Projektverantwortlichen. Denn mehr als fünf Prozent Wasserstoff darf dem Gas nicht beigemischt werden. Der Grenzwert sinkt auf zwei Prozent, wenn sich – wie in Frankfurt – eine Erdgastankstelle im Netz befindet.


Strom-zu-Gas- Pilotanlage in Falkenhagen in Brandenburg
(Foto: E.ON)

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Im Gegensatz zu Wasserstoff kann synthetisches Methan unbegrenzt eingespeist werden. Auch dies könnte in einer zweiten Projektphase nach 2016 in Frankfurt erprobt werden: Mit dem Kohlendioxid aus einem vorhandenen Heizkraftwerk könnte man aus Wasserstoff Methan erzeugen.

Auch andernorts sind Strom-zu-Gas-Pilotanlagen in Betrieb oder Planung. Zum Beispiel betreibt E.ON seit kurzem im brandenburgischen Falkenhagen eine Pilotanlage, die Wasserstoff in das regionale Ferngasnetz eingespeist. Im Emsland läuft eine Anlage des Autoherstellers Audi, die aus überschüssigem Grünstrom synthetisches Methan herstellt und über das deutsche Erdgasnet bundesweit an Gastankstellen verteilt. Als „Batterie von morgen“, so der Thüga-Slogan, funktioniert das Gasnetz jedoch noch nicht. Aktuell sind Wasserstoff und synthetisches Erdgas „zu teuer, um mit anderen Energieträgern konkurrieren zu können“, so der VKU.

imi