Gib Gas Wie man Licht und Wind zu Erdgas macht

Windkraft ist eine unstete Energiequelle: mal produziert sie zu viel, mal gar keinen Strom. Deutsche Wissenschaftler arbeiten an Verfahren, die Überschüsse zu speichern und bei Flaute abzurufen. Der vielversprechendste Weg: Die "Methanisierung" von Wasserstoff.

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Gasflamme: Bisher ein konventioneller Energieträger - bald zu 100 Prozent öko?
dpa

Gasflamme: Bisher ein konventioneller Energieträger - bald zu 100 Prozent öko?


Eine noch weitgehend unerprobte Speichertechnologie ist die Herstellung von Gas - genauer: synthetisch hergestelltem Erdgas - mit Hilfe des Stroms aus Wind- und Solaranlagen. Es ist eine Technologie, die Michael Specht vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) und Michael Sterner vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) entwickelt haben. Gemeinsam mit Gregor Waldstein, dem Gründer der Firma SolarFuel, wollen sie diese Technologie jetzt umsetzen.

Der Grundgedanke ist simpel: Schon jetzt wird bei kräftigem Wind oder Sonnenschein in einigen Regionen Deutschlands weit mehr Ökostrom produziert als von den Netzen aufgenommen werden kann. In der Folge werden Windräder oder Solaranlagen gedrosselt oder abgeschaltet - der Strom hat keinen Platz und somit keinen Wert.

Dieser überschüssige Strom soll nun als Energiezufuhr genutzt werden, um Wasser (H2O) in Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) zu spalten. Der Wasserstoff wird mit CO2 verbunden. Daraus entsteht ein Methangas (CH4).

Es ist ein einfacher chemischer Prozess, den man noch aus dem Chemieunterricht in der Schule kennt. Doch er soll Großes bewirken: Die Wissenschaftler wollen mit seiner Hilfe das Stromspeicherproblem der Bundesrepublik lösen.

Deutschland verbraucht im Jahr etwa 600 Terawattstunden Strom und rund 900 Terawattstunden Erdgas. Es gibt aber bislang nur Stromspeicher mit einer Kapazität von gut 0,04 Terawattstunden. Damit ließe sich der Strombedarf der Bundesrepublik rein rechnerisch nicht einmal eine Stunde lang decken.

Jetzt, da die Nutzung erneuerbarer Energien rasch ausgebaut werden soll, stellt sich das Speicherproblem immer dringender. Denn gerade zur Mittagszeit, wenn riesige Mengen Strom nachgefragt werden, muss dieser stets verfügbar sein - auch wenn die Sonne nicht scheint und der Wind nicht weht. Das können aber nur Atom-, Kohle- und Gaskraftwerke sicherstellen.

Man braucht also Speicher, um AKW-Strom dauerhaft durch Elektrizität aus erneuerbaren Energien zu ersetzen, und die Wissenschaftler wollen den größten verfügbaren Speicher erschließen: jene unterirdischen Stätten, in denen Erdgas gelagert wird. In diese kann das Methangas eins zu eins eingespeist werden. Insgesamt verfügen sie über eine Speicherkapazität von 220 Terawattstunden Erdgas. Daraus ließen sich über Gaskraftwerke 130 Terawattstunden Strom gewinnen

"Die überschüssige Wind- und Solarenergie lässt sich auf diesem Weg monatelang speichern", sagt Michael Sterner vom IWES, der 2009 seine Doktorarbeit zu dieser neuen Speichertechnologie abgeschlossen hat. "Sie lässt sich über weite Strecken transportieren und bei Bedarf rückverstromen."

Bislang werden Wind- und Solargas nur versuchsweise hergestellt. Das ZSW hat in Waldsteins Auftrag eine Pilotanlage mit rund 25 Kilowatt Leistung gebaut. Die produzierte Gasmenge reicht gerade aus, um ein Erdgasauto einmal am Tag vollzutanken.

Schon bald aber soll in großem Stil Windgas produziert werden. Gerade hat Greenpeace Energy verkündet, mit dem Angebot von Windgas ab Herbst in die Technologie einzusteigen. "Es gibt außerdem verschiedene Interessenten, die Anlagen im Zehn-Megawatt-Maßstab errichten wollen", sagt Sterner.

Die Anfangsprobleme der Zukunftstechnologie scheinen die Investoren nicht zu schrecken. So räumte Sterner ein, dass der Wirkungsgrad bei der Rückverstromung des Methans bei 35 bis 40 Prozent liege, über Kraft-Wärme-Kopplung bei etwa 55 Prozent. "Entscheidend sind aber die riesigen Speicherkapazitäten", sagt Sterner. "Sie können einspeisen, so viel sie wollen und die Energie bedarfsgerecht verwenden."

Eine wichtige Frage bei der Methanisierung ist die ausreichende Verfügbarkeit des benötigten CO2. In der Versuchsanlage wird es per umgekehrtem Schornstein aus der Luft abgesaugt - was den Wirkungsgrad deutlich mindert. CO2 aus Kohlekraftwerken ist für die Zukunft nicht geeignet.

Aktuell konzentriert man sich auf CO2, das als Abfallprodukt in zahlreichen Biogasanlagen entsteht. Dieses ist klimaneutral, da Pflanzen und biologischen Reststoffe in den Bioanlagen das CO2 zuvor aus der Luft entnommen haben.

Ob Wind- und Solargas letztlich konkurrenzfähig sein werden, muss sich also erst noch zeigen. IWES-Experte Sterner ist zuversichtlich. "Eine rein regenerative Energieversorgung ist nur durch große Speicher möglich", sagt er. "Die Kopplung von Strom- und Gasnetzen in beide Richtungen ist damit eine Kerntechnologie der Energiewende."

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insgesamt 21 Beiträge
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Seite 1
der_rookie 15.04.2011
1. .
Zwei wichtige Konzepte fehlen im Artikel: 1) Thermische Speicher / Nachfragemanagement 2) Netzausbau Zu 1): Ein signifikanter Teil der verbrauchten Primärenergie wird zu Erzeugung von Wärme und/oder Kälte erzeugt. Wärme oder Kälte ist aber gut speicherbar. Z.B. werden Kühlhäuser so gut isoliert, dass darin die Kühlung nur während eines Bruchteil des Tages läuft. Heute läuft sie "irgendwann". Wenn ich es künftig hinkriege, dass die Kühlung genau dann läuft wenn der Wind bläst / die Sonne scheint, dann verschiebe ich die Nachfrage in die Zeit des Angebots und brauche ebenfalls weniger Speicher Zu 2): Echte Europäische Netze würden das Speicherproblem erheblich entschärfen: Die Möglichkeit dass bei Sturm in Norddeutschland oder Mittags in Süddeutschland Stromüberschuss aus Wind / PV entsteht ist heute real. Aber die Wahrscheinlichkeit, dass in ganz Europa zu irgendeinem Zeitpunkt bereits ein Erzeugungsüberschuss erneuerbarer Energien existiert ist unwahrscheinlich. Hätte ich ausreichend Netze um die lokal überschüssigen Energien weiterzutransportieren zu Gegenden wo lokal Bedarf besteht bräuchte ich weniger Speicher. Heute sind die Netze dafür zu schwach
mutlilayerneuralnetwork 15.04.2011
2. Methan besser als Wasserstoff?
Wozu braucht man den Umweg mit dem Methan?
blue_plasma, 15.04.2011
3. Hmmmm....
Zitat von mutlilayerneuralnetworkWozu braucht man den Umweg mit dem Methan?
Weil man Methan problemlos im deutschen Erdgasnetz speichern kann. Was hier allerdings nicht andiskutiert wird, ist dass das Handling von Wasserstoff (wie in der Grafik gezeigt) extrem kompliziert ist, geschweige denn die sicherheitstechnischen Aspekte...
bito2006 15.04.2011
4. Vorbild Pflanze
die eleganteste Lösung des Problems bietet m.E. die Speicherung es "überflüssigen" Stroms in Form von Methan, (Erdgas), welche im Grunde die Photosynthese der Pflanzen nachahmt (Lichtenergie wird umgewandelt in chemische Energie in Form von organischem Material): Zum Beispiel benötigt die elektrokatayltische Herstellung von Methan keine speziellen Stromstärken oder Spannungen, so dass jedermann jederzeit dezentral im Rahmen seiner Möglichkeiten seinen Anteil zur Energieversorgung beitragen kann: Hier ein paar Solarzellen, dort ein kleines Windrad, dort eine ehemalige wassergetriebene Mühle: Jede "übrige" Kilowattstunde geht in den Speicher. Außerdem hat das Speichermedium Methan den Vorteil, dass sich damit auch schon heute Autos antreiben lassen, so dass die bisher eher zweifelhaften Batterie-Lösungen der geplanten E-Mobilität erstmal nicht gebraucht werden -- und wenn tatsächlich einmal der Strombedarf höher ist alles, was Sonne, Wind und Wasser momentan liefern, lässt sich das Methan in einem Gaskraftwerk ganz schnell in Strom umwandeln. Die zumindest in den Städten schomn lange vorhandene Speicher-Infrastruktur (Gasleitungen) macht zudem irgendwelche zentralen Großanlagen überflüssig -- aber das ist wahrscheinlich auch schon der Grund dafür, warum die bekannten Großkonzerne diese Technik torpedieren werden, so dass sie am Ende nie groß umgesetzt werden wird. http://www.solar-fuel.net/herausforderung/
mark78 15.04.2011
5. Kosten
Zitat von mutlilayerneuralnetworkWozu braucht man den Umweg mit dem Methan?
Methan läßt sich viel einfacher und damit günstiger speichern. Die Tanks in Wasserstoff Autos sind unheimlich schwer und teuer und trotdem verflüchtigt sich das gas dort drinnen so schnell das es sich nur lohnt wenn man täglich das Auto benutzt. Methan -> Strohm ist der Wirkungsgrad also 45-55%. Wie ist er denn bei Stohm->Wassterstoff-> Methan? Wenn man insgesammt nur 10-20% Speichern kann frag ich mich ob sich das noch lohnt.
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