Quelle: http://www.3sat.de/page/?source=/nano/technik/165773/index.html
Audi war eines der ersten Unternehmen, die “Strom” in Methangas speicherte
Strom “wird” Gas
Industrie versucht Methan zu erzeugen
Die weltweit erste Anlage zur industriellen Produktion von Methangas mit Strom steht in Werlte bei Osnabrück, gebaut hat sie der Autobauer Audi.
In dieser Anlage wird mit überschüssigem Ökostrom aus Wasser Wasserstoffgas und in einem zweiten Schritt Methan – synthetisches Erdgas – hergestellt. So lässt sich der Strom speichern. Das Problem der Speicher seien die Kosten, sagt der Regensburger Elektrotechniker Prof. Michael Sterner. “Wir müssen jetzt die Kosten reduzieren, damit sich die Technologien in 10 bis 20 Jahren selber tragen”, so Sterner.
Überschussstrom verwandelt Kohlendioxid in Erdgas
Wissenschaftler Video
Durch die Katalysatoren geht bei der Umwandlung weniger Energie verloren (Beitrag vom 10. November 2014)

Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) entwickeln effiziente Katalysatoren, um Kohlendioxid in Methan umzuwandeln. Der dazu benötigte Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser mit Überschussstrom gewonnen. Die Wissenschaftler testeten mehr als 250 verschiedene Katalysatorsysteme, darunter sowohl bereits verfügbare als auch im Rahmen des Projekts neu entwickelte Systeme. Die erfolgversprechendsten Kandidaten optimieren sie weiter.

Die ersten Katalysatoren erreichen inzwischen Ausbeuten im Bereich zwischen 92 und mehr als 95 Prozent, genug Methan, um das Gas ins Erdgasnetz einzuspeisen. Doch den Forschern des Projekts geht es vor allem darum, den genauen Ablauf der Umwandlung und die Reaktionen an den Oberflächen der Katalysatoren zu erforschen. “Dieses Wissen ist der Schlüssel zu einer wirtschaftlichen Methanherstellung in großtechnischen Maßstab”, sagt Prof. Bernhard Rieger, Inhaber des Wacker-Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie der TU München.
“Power-to-Gas-Anlage” speichert Windenergie
Video
Die Anlage spaltet Wasser mit Elektrizität in Wasserstoff und Sauerstoff auf

Gasspeicher sind derzeit die einzig verfügbare Technik, um große Mengen Energie aus der Windkraft über mehrere Monate zu speichern. Methan kann über das bestehende Erdgasnetz transportiert werden und könnte so Engpässe im Stromnetz ausgleichen. Gasspeicher sind mit etwa 50 Cent bis zwei Euro pro installierter Kilowattstunde günstig.

Im Gegensatz zu Strom lässt sich das Methan lagern. Herrscht ein Mangel an Strom, kann das Gas in Gaskraftwerken erneut Strom erzeugen. Außerdem lassen sich damit herkömmliche Erdgasautos betanken. Da Methan und Erdgas die gleichen chemischen Eigenschaften haben, braucht das Auto dafür nicht umgerüstet werden.
Strom aus regenerativen Energien schwankt immer

Ein Problem bei Strom aus erneuerbaren Energien sind die großen Schwankungen. Weht der Wind nicht, liefern Windräder keine Energie. Schiebt sich eine Wolke vor die Sonne, bricht die Produktion der Solarparks ein. Pumpspeicherkraftwerke, aus Naturschutzgründen oft umstritten, können das nicht ausgleichen. Zudem kann Wasserkraft wieder nur zur Stromversorgung eingesetzt werden. Gas – Methan oder Wasserstoffgas – kann dagegen auch Diesel oder Benzin ersetzen.

Bisher konzentrieren sich die Bemühungen der Forscher weltweit auf Wasserstoff. Er wird unter anderem mit überschüssigem Sonnen- oder Windstrom durch Elektrolyse gewonnen. Seine Speicherung ist aber schwierig. Hoher Druck bis 700 bar oder sehr niedrige Temperaturen sind nötig, um sein Volumen etwa für Autotanks zu reduzieren.
Bei Methan reicht ein geringerer Druck. Vor allem aber kann es vollständig – nicht wie Wasserstoff in geringer Konzentration – ins Erdgasnetz gespeist werden.
Kohlendioxid aus nachhaltigen Quellen nutzen

Damit das Verfahren nicht zum Klimawandel beiträgt, muss das CO2 aus nachhaltigen Quellen gewonnen werden etwa aus Biogas. Alleine in den bestehenden 50 Biogas-Aufbereitungsanlagen entstehen 500.000 Tonnen Kohlendioxid. Damit ließen sich 4,8 Terawattstunden Strom speichern – das entspricht dem Jahresverbrauch von eineinhalb Millionen Haushalten. Herkömmliche Biogasanlagen liefern ebenfalls sehr viel CO2. Alleine 20 Prozent der Anlagen könnten zwei Millionen Tonnen Kohlendioxid bereitstellen. Weitere große Quellen sind Bioethanolanlagen, Brauereien und Klärwerke, sie liefern 1,1 Millionen Tonnen CO2.

Das Biogas, das zu 60 Prozent aus Methan und zu 40 Prozent aus Kohlendioxid besteht, wird über Biogas-Aufbereitungsanlagen üblicherweise in das Gasnetz eingespeist. Dabei entweichen etwa zwei Prozent des Methans in die Atmosphäre, man spricht von “Methanschlupf”. Methan ist jedoch 21 Mal klimaschädlicher ist als CO2. “Dieses Loch können wir stopfen, indem man das Biogas durch die “Power-to-Gas-Anlage” leitet. Dabei entsteht aus dem Biogas fast reines Methan, das ohne Methanschlupf aufbereitet werden kann”, erläutert Michael Sterner, leitender Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) .
Bis zu 40 Prozent Ökostrom verkraftet das Netz

Wie viele Speicher notwendig sind, um die schwankende Produktion aus Wind- und Solarkraft aufzufangen, hänge von einer “Vielzahl von Faktoren ab”, so Sterner. Anhaltspunkte gibt eine Studie im Auftrag des Verbandes der Elektrotechnik (VDE) aus 2012 unter Beteiligung von Forschungsinstituten und Unternehmen: Bis zu einem Anteil von 40 Prozent der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung werden kaum neue Stromspeicher benötigt – wenn das Stromnetz entsprechend ausgebaut wird. 2013 betrug der Anteil nach Angaben des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft 24 Prozent.

Steigt der Anteil der “Erneuerbaren” auf 80 Prozent und mehr werden 70 Gigawattstunden Kurzzeitspeicher und sieben Terrawattstunden Langzeitspeicher zusätzlich benötigt, so die VDE-Studie. Derzeit sind in Deutschland etwa 48 Gigawattstunden vorhanden.
Doch bevor im ganzen Land neue Speicher aus dem Boden schießen, sollten nach Ansicht der Forscher Sauer und Sterner zunächst andere Möglichkeiten ausgeschöpft werden, um den Speicherbedarf möglichst gering zu halten. “Stromspeicher sind meist die teuerste Flexibilität”, sagt Sterner. “Der Netzausbau in Deutschland und Europa ist die günstigste Alternative.”
Daneben können ein flexiblerer Einsatz bestehender Kraftwerke, bessere Prognosen für Erzeugung und Verbrauch sowie die Kopplung des Stromnetzes mit dem Wärmesektor den Bedarf an Stromspeichern senken. Auch das Verschieben von Stromnachfrage hin zu Zeiten mit viel Erzeugung hilft.
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