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Hyer Clean Energy Partnership

Information

Power-to-Gas

Der Begriff Power-to-Gas (PtG) beinhaltet alle Verfahren, die elektrische Energie flexibel in gasförmige Energieträger wandeln. Im Allgemeinen ist die Wasserelektrolyse der erste, aufwendigste und wichtigste Schritt. Sonderformen sind die in der Entwicklung befindliche Ko-Elektrolyse von Wasserdampf und Kohlendioxid zu Synthesegas (H2, CO…) und die Koppelproduktion von Wasserstoff und Ethylen oder Azetylen aus Erdgas im Lichtbogenverfahren.

Der erzeugte Wasserstoff kann begrenzt ins weitverzweigte Erdgasnetz eingespeist oder unter Zufuhr von CO2 bei erhöhten Drücken und Temperaturen im sogenannten Sabatier-Prozess katalytisch methanisiert werden - alternativ auch biologisch. Das so erzeugte SNG (synthetic natural gas) kann man dann in sehr großen Mengen in das Erdgasnetz einspeisen und in allen Gasspeichern lagern – H2-haltiges Erdgas dagegen bisher nur in Kavernen. Alternativ können aus den Gasen H2 und CO2 auch flüssige Energieträger/Kraftstoffe oder Chemikalien synthetisiert werden; findet dies direkt im Anschluss an die Elektrolyse statt, spricht man von  PtL/PtF oder PtC (Liquids, Fuels, Chemicals). Wasserstoff kann aber auch in Reinform gespeichert und transportiert und in der Industrie oder der Mobilität hochwertig verwendet werden.

Über das Erdgasnetz können typische Erdgasanwendungen bedient und dabei fossiles Erdgas ersetzt werden. Wo Kunden im Mobilitäts- und Wärmesektor aufgrund dieses so genannten Windgases von anderen Energieträgern auf Gas umsteigen, ist der CO2-Vermeidungseffekt auch durchaus höher. Übliche Gas-Endgeräte zeigen in Feldtests bei bis zu 10 Vol.-% Wasserstoffgehalt keine Beeinträchtigung und neue Gasfahrzeugtanks erlauben weit über den bisherigen 2 Vol.-%. Einige Industrieprozesse oder Gasturbinen vertragen jedoch keine größeren oder schwankenden Gehalte jenseits von 1 Vol.-%, und auch im Ferntransportnetz sind höhere Gehalte problematisch.

Bei industriellen Wasserstoff-Anwendungen (Raffinerien, Düngemittelherstellung, Stahl- und Glaswerke, Halbleitertechnik) kann die verlustbehaftete Erzeugung aus Erdgas vermieden und so ein etwas höherer Klimaschutzeffekt erzielt werden als durch die Einspeisung ins Erdgasnetz. Aber im Umfeld großer industrieller Wasserstoff-Anwender sind häufig kaum hinreichende Mengen erneuerbarer Energie zu erzeugen und die Erzeugung aus Erdgas ist sehr kostengünstig.

Das höchste Klimaschutzpotenzial bietet die Mobilität mit Wasserstoff, da dieser hier erstens die Einführung der hocheffizienten Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEV) mit ihrem gegenüber Verbrennungsmotoren halbiertem Energiebedarf erlaubt, und zweitens einen kohlenstoffreichen Energieträger verdrängt. Damit wird gegenüber der Einspeisung in das Gasnetz etwa die zweieinhalbfache CO2-Emission vermieden.

Dem Tankstellenbau stellt sich in Deutschland vor allem die H2-Mobility GmbH (www.h2-mobility.de). In Zukunft könnten Großspeicher und Tankstellen effizient über Pipelines verbunden werden. NRW wäre dabei aufgrund der existenten 240 km langen Industriepipeline in einer guten Ausgangslage.

Allen vorstehenden Verfahren und Pfaden ist gemein, dass sie nahezu beliebig große Energiemengen speichern und dadurch den Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren Energien Wind und Sonne erheblich unterstützen können. Für Wasserstoff eignen sich Salzkavernen oder dezentrale Röhrenspeicher, Druckbehälter oder Anlagen mit absorbierenden Medien, die keine hohen Drücke aber ein Wärmemanagement benötigen. Die Erzeugung kohlenstoffhaltiger Stoffe setzt hingegen die Verfügbarkeit einer klimafreundlichen CO2-Quelle voraus; Biogasanlagen und CO2-erzeugende Industrieprozesse kommen am ehesten in Betracht.

Es fehlt heute allerdings noch an einer rechtlichen Würdigung des potentiellen Klimaschutzbeitrages der Power-to-Gas-Pfade. PtG ist bisher nicht als netzdienliche flexible Last zugelassen, die der Netzbetreiber zugeschaltet, wenn er anderenfalls stromauf eines Netzengpasses Erzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energie (EE) abschalten müsste. Die zeitgenaue Direktlieferung von EE-Anlagen an PtX-Anlagen über das öffentliche Netz im Wege der „sonstigen Direktvermarktung“ ist nicht von der EEG-Umlage befreit und wird bei den Netzentgelten nicht verursachungsgerecht behandelt. Für den angebotsorientierten Strombezug über die Börse fehlt eine stundenscharfe Zertifizierung von EE-Anteil und CO2-Intensität, die die Vermarktung der Klimafreundlichkeit des Produktes in den Zielmärkten unterstützen würde. Zudem wird der Einsatz von PtG-Wasserstoff in Raffinerien (anstelle von Wasserstoff aus fossilem Erdgas) bisher nicht auf die von der EU vorgegebenen Treibhausgasminderungsziele für Kraftstoffe angerechnet. Ein Anheben des EE-Ausbaumengendeckels entsprechend der zusätzlichen Nachfrage, eine Dynamisierung der EEG-Umlage, kleinere Gebotszonen im Strommarkt und eine Streichung der Stromsteuer könnten weitere sinnvolle Maßnahmen sein.

Dr.-Ing. Michael Weber
Kompetenzzentrum Systemtransformation
Netzwerk Brennstoffzelle Wasserstoff, Elektromobilität NRW

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