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Gastechnik und Energiewende Power-to-Gas: Das Zuviel an Ökostrom nutzen

Erneuerbare Energien liefern in Deutschland immer mehr Strom, doch oft bleibt ein Teil davon ungenutzt. Noch immer fehlt es an Speichern. Die Technologie "Power-to-Gas" soll helfen die Schwankungen der Ökostromerzeugung aufzufangen. Von den einen wird das bestehende Gasnetz einerseits als "Retter der Energiewende" gehandelt. Andere sehen in Power-to-Gas eine kostenintensive Illusion. Wie der Wärmemarkt profitieren kann und wie die Politik Fortschritte blockiert.

Wenn der Wind kräftig weht und die Sonne brutzelt, erzeugen in Deutschland mittlerweile unzählige Windkrafträder und Solaranlagen Strom. Doch ein Teil davon geht ungenutzt verloren. Solaranlagen werden vom Netz genommen und Windkrafträder stehen still. Die Stromnetze sind nicht darauf ausgelegt, dass all der grüne Strom eingespeist und an die Orte transportiert werden kann, die den Strom genau zu dieser Zeit benötigen. Die Speichertechnik ist noch nicht soweit ausgefeilt, dass sie den Strom unkompliziert aufnehmen und später wieder abgeben kann – zumindest Batteriespeicher nicht und Pumpspeicherkraftwerke können nicht an jedem gewünschten Ort gebaut werden.

Was man allerdings im weiteren Sinne auch zu den Stromspeichern zählen könnte, ist die vorhandene Gasinfrastruktur – zumindest wenn man es mit dem Power-to-Gas-Verfahren verbindet. Power-to-Gas kann im Prinzip genau das: ungenutzten Ökostrom nutzbar machen. Es verwandelt ihn in Erdgas. Erdgas, das dann entweder wieder verstromt oder direkt genutzt werden kann. Den eigentlichen Speicher stellt das Gasnetz dar – die über 500.000 Kilometer langen Leitungen, die es bereits quer durch Deutschland gibt. Ein Netzausbau ist zur Nutzung der Technik also nicht nötig. Die Menge des gesamten deutschen Strombedarfs für zwei Monate könnte die Gasinfrastruktur speichern.

Power-to-Gas: So funktioniert’s

Power-to-Gas-Anlage

Bei Power-to-Gas wird Strom durch Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt und in einem zweiten Schritt mittels Methanisierung mit CO2 verbunden und als synthetisches Methan gespeichert. Dieses Methan stellt einen chemischen Energieträger dar und kann schließlich wie Erdgas zur Erzeugung von Wärmeenergie oder zum Antrieb von Fahrzeugen genutzt sowie bei Bedarf wieder in elektrische Energie umgewandelt werden. Im Gasnetz kann das „grüne Gas“ gespeichert, transportiert und dann für alle Anwendungen genutzt werden. Das deutsche Erdgasnetz ist nahezu flächendeckend vorhanden und hat eine Gesamtlänge von über 500.000 Kilometern.

Quellen: Öko-Institut/Zukunft Erdgas

Power-to-Gas: wettbewerbsfähig im Jahr 2030

Für die deutsche Gaswirtschaft stellt Power-to-Gas deshalb die Zukunftstechnologie dar, um die Energiewende voranzubringen und damit Deutschland seinen Klimazielen endlich näherkommt. Stück für Stück kommt auch Power-to-Gas selbst als Technologie voran – sowohl, was die Effizienz betrifft als auch bei den Kosten. Die Initiative Zukunft Erdgas hatte deshalb Ende Juni in Berlin zur Vorstellung einer neuen Studie geladen, die belegen soll, welch Potenzial in Power-to-Gas steckt. Im Rahmen von mehreren ausführlichen Gesprächen mit neun der mittlerweile 36 deutschen Betreibern von Power-to-Gas-Anlagen hat die nymoen strategieberatung im Auftrag von Zukunft Erdgas herausgefiltert, wie sich die Technologie in den vergangenen Jahren entwickelt hat und was in Zukunft erwartet wird.

Das zentrale Ergebnis: Bis etwa 2030 könne das "grüne Gas", das statt endliche Ressourcen, Sonne und Wind als Erzeugerquellen hat, eine Wettbewerbsfähigkeit erreichen. So erwarten die Befragten in den kommenden zehn Jahren signifikante Verbesserungen bei den Wirkungsgraden und gleichzeitig deutlich sinkende Kosten. Timm Kehler, Vorstandsmitglied von Zukunft Erdgas nennt bei der Vorstellung der Studie als weiteren Vorteil, dass mit der Nutzung der Gasinfrastruktur als Stromspeicher, ein Energietransport plötzlich auch über die Grenzen Deutschlands viel einfacher möglich sei. Und noch mehr: "Wir haben damit einen Speicher, der nicht nur kleine Stromüberschüsse kurzfristig speichert – wie etwa Wasserpumpspeicher – sondern sogar saisonal", sagt er und meint damit, dass das Mehr an im Winter benötigtem Strom  im Sommer produziert werden kann, wenn die Sonne stärker scheint und mehr Wind weht. So sei das Gasnetz die "Batterie der Energiewende". Sein Fazit zu den Studienergebnisse und damit zum Stand des Power-to-Gas-Verfahrens lautet zudem: "Die Technologie ist da und das Potenzial zu besseren Wirkungsgraden auch." Nun gelte es dies nutzbar zu machen.

Zeitgleich mit der Veröffentlichung der Studie hat Zukunft Erdgas eine Werbekampagne für erneuerbares Gas gestartet und so kommt man auf dem Weg zur Veranstaltung in Berlin schon an mehreren Plakaten vorbei, auf denen der Spruch "Grüner als Du denkst" zu lesen und ein Haus abgebildet ist, aus dessen Dach ein Baum wächst. Es soll den Eindruck erwecken, dass die Gasversorgung von heute bereits ein Teil der Energiewende ist. Das stimmt jedoch nur zu einem kleinen Teil, denn grünes Gas ist ein Nischenprodukt – auch wenn Gas insgesamt mit dem Umweltschutzfaktor CO2-Einspaung punkten kann und zur sogenannten Dekarbonisierung beiträgt, ist das in Deutschland verbrauchte Gas bislang nur zu einem Bruchteil erneuerbar.

Derzeit beträgt der Anteil von Biomethan (erneuerbares Gas aus Biomasse) fünf Prozent, der der Anteil des Gases aus Power-to-Gas-Anlagen ist noch kaum reportbar. Die Prognosen für das Letztgenannte liegen laut Zukunft Erdgas für das Jahr 2050 bei 30 Prozent.

Praxisstudie Power-to-Gas: Ergebnisse in Zahlen

  • Derzeit gibt es bundesweit 36 Pilotanlagen, die die Technologie bereits erfolgreich erproben und Wirkungsgrade von bis zu 80 Prozent aufweisen.
  • Zwei Drittel der befragten Anlagenbetreiber erwarten bis zum Jahr 2030 eine Verbesserung des Wirkungsgrads für die Elektrolyse um fünf bis zehn Prozentpunkte, ein Drittel der Befragten rechnet sogar mit noch größeren Effizienzfortschritten.
  • Bei den Kosten erwarten die Studienteilnehmer überwiegend eine Kostendegression um 50 Prozent und mehr bis 2030. 56 Prozent der Befragten erwarten die Wettbewerbsfähigkeit bis 2030, weitere 22 Prozent rechnen damit bis zum Jahr 2040. 

Quelle: Zukunft Erdgas

Kritik an Power-to-Gas: Geringer Nutzen zum hohen Preis

Eine viel geäußerte Kritik am Power-to-Gas-Verfahren lautet: Die Technologie selbst schluckt große Mengen der eingesetzten Energie. So gehen nach Aussagen von Peter Kasten vom Öko-Institut mindestens 50 Prozent der Energie, die man für die chemischen Prozesse der Wasserstoffelektrolyse und Methanisierung braucht wieder verloren – also immer noch sehr geringe Wirkungsgrade. Da der eingesetzte Strom für die Umwandlung wiederum bislang nicht zu 100 Prozent erneuerbar ist, entsteht eben doch CO2 und Power-to-Gas sei nicht klimaneutral.

"Power-to-Gas ist aus unserer Sicht kurz- oder mittelfristig keine effiziente Lösung um Ökostrom zu speichern", sagt Kasten und weist auch auf die Kosten hin, die der Aufbau der Anlagen verschlingt. "Wenn eine Power-to-Gas-Anlage so ausgenutzt werden würde, dass sie sich rechnet, müsste sie annähernd ununterbrochen laufen und dieser Bedarf besteht im Moment noch gar nicht", so der Wissenschaftler. Der Grund: Im Moment könnten die Anlagen nur für regionale Überschüsse an Ökostrom genutzt werden und diese seien ja nicht immer vorhanden. Konstant und dauerhaft so viel Ökostrom, dass die Anlagen auch wirtschaftlich mit Ökostrom in Betrieb sein können, gebe es kurz- und mittelfristig noch nicht.

"Wenn die teuren Anlagen jedoch stillstehen, wäre im Vergleich dazu der Ausbau der Übertragungsnetze günstiger", sagt Kasten und weist als Alternative darauf hin, dass die Anlagen auch den sogenannte Graustrom – also den Strom, der auch durch Kohlekraftwerke oder Atomkraftwerke produziert wird – umwandeln können. "Aber das macht wiederum die CO2-Einsparung geringer." Zehn bis 15 Jahre werde es mindestens noch dauern, bis für Power-to-Gas ein wirklicher Markt vorhanden sei.

CO2-Einsparung: Wärmemarkt vergleichsweise fortschrittlich

Die in der Studie befragten Anlagenbetreiber sehen dagegen selbstredend in Power-to-Gas ein Potenzial. Am stärksten lohne sich der Ausbau im Verkehrsbereich – vor allem im ökologischen Nutzen, da durch die daran anschließende verstärkte Nutzung von Erdgas statt Benzin CO2 eingespart werden kann. Der Autoverkehr in Deutschland ist und bleibt das Sorgenkind beim Vorankommen der Klimaziele.

Im Wärmemarkt ist der Druck zur Optimierung der CO2-Einsparungen nicht ganz so groß, denn dieser Bereich gilt vergleichsweise als vorbildlich. Doch auch hier kann Power-to-Gas aus Sicht der Befragten Positives bewirken. So bewertet eine Mehrheit das Potenzial mit hoch bis sehr hoch.

"Der Wärmemarkt ist bislang der einzige Sektor, der sich innerhalb des Zielkorridors für CO2 bewegt", sagt dazu auch Michael Oppermann, Sprecher von Zukunft Erdgas. Das liege an drei Dingen: Am Einsatz effizienter Technologien – allen voran Brennwert-Technologie – am starken Interesse und häufigen Wechsel des Energieträgers auf Erdgas und schließlich an der Integration erneuerbarer Energie. Er fügt jedoch hinzu: "Wir sind nicht zufrieden mit der Modernisierungsrate im Wärmemarkt, aber dennoch gilt es auch festzustellen: Im Vergleich zum Strom- und Verkehrssektor steht der Wärmemarkt gut da."

Um die Dekarbonisierung weiter voranzutreiben, seien deshalb weitere Schritte erforderlich. Aufgrund der niedrigen Neubauquote spiele sich das ganze überwiegend im Bestand ab und Erdgas kann aus seiner Sicht einen großen Teil zur Lösung beitragen, weil moderne Gasheizungen helfen, schnell und günstig CO2 zu reduzieren. Interessant werde Power-to-Gas deshalb, weil es in jeder Gasheizung unkompliziert eingesetzt werden kann. Chemisch ist es mit "normalem" Erdgas völlig identisch. "Das faszinierende an dieser Geschichte ist: Wer heute auf moderne Gasheizungen setzt, behält seine Anschlussfähigkeit an die Zukunft", wirbt Oppermann. "Heute klimaschonend mit Erdgas heizen, in Zukunft vielleicht klimaneutral mit grünem Power-to-Gas und zwischendurch mit einem Gemisch. Immer mit dem gleichen Netzanschluss, dem gleichen Gerät."

Das sollte aus seiner Sicht auch für das Handwerk ein wichtiges Argument für den Einbau von Gasheizungen sein. Die Bestrebungen der Bundesregierung, den Heizungsmarkt zu "elektrifizieren", also alles auf Strom hauptsächlich über Wärmepumpen auszurichten, macht aus seiner Sicht keinen Sinn, da es besser sei in Zukunft gerade die direkte Wandlung von Gas in Wärme zu nutzen.

Sanitärhandwerk: "Bedürfnisse der Menschen nicht vergessen"

Die kritisierte Elektrifizierung sieht das Sanitärhandwerk ähnlich, allerdings müsse man da zwischen dem unterscheiden, was als langfristiges politisches Ziel gelte und was man in der Praxis umsetzen könne, sagt Frank Ebisch, der Sprecher des Zentralverbands Sanitär Heizung Klima (ZVSHK): "Grundsätzlich unterstützen wir die Ziel der Energiewende und der Dekarbonisierung, aber bis es soweit ist, will dennoch niemand frieren." Den Umstieg auf eine reine Versorgung aus erneuerbaren Energien müsse man schrittweise verfolgen, aber dabei müsse man auch die Menschen und ihre Bedürfnisse mitnehmen.

So steht der ZVSHK hinter der sogenannten Sektorkopplung – eine Strategie, die die drei wesentlichen Energiesektoren Strom, Wärme und Verkehr besser miteinander zu verknüpfen versucht und für alle drei eine sinnvolle Energieerzeugung sicherstellen will. Überschüsse und Engpässe sollen jeweils gegenseitig ausgeglichen werden können. Genau zu dieser Strategie gehören auch Technologien wie Power-to-Gas. Auch wenn diese und der gesamte Bereich der "grünen Wärmeversorgung" – ob erneuerbares Gas oder Bio-Diesel für die Heizung – noch Nischenthemen seien, muss man sie aus Sicht von Frank Ebisch ernst nehmen, weiterverfolgen und fördern, damit sie helfen könnte die langfristigen Ziele zu erreichen. Power-to-Gas hat aus seiner Sicht schon deshalb eine gute Chance aus der Nische zu kommen, da die Infrastruktur dafür schon vorhanden sei – "das Gasnetz hat das Handwerk über viele Jahrzehnte mit ausgebaut und das sollten wir nutzen", sagt der Verbandssprecher.

Power-to-Gas: Wo die Politik den Technikfortschritt blockiert

Potenzial wird aber auch im Beitrag gesehen, den Power-to-Gas im Stromsektor als Speichermöglichkeit leisten kann. Damit tritt das Verfahren derzeitig ja vorrangig in die Öffentlichkeit. Doch dieses Potenzial ist nicht unumstritten. So sind auch die Meinungen der Studienteilnehmer sehr unterschiedlich und nur etwas mehr als die Hälfte sieht ein hohes Potenzial. Begründetet werden die Zweifel in den bestehenden regulatorischen Hemmnissen, etwa darin, dass bislang ökonomischen Anreize für eine Speicherung fehlen bzw. die Anreize zur Nutzung in den anderen Sektoren deutlich höher seien.

Die angesprochenen regulatorischen Hemmnisse betonen auch die Teilnehmer der Veranstaltung von Zukunft Erdgas in Berlin. Vor allem die Tatsache, dass Power-to-Gas-Anlagen derzeit so eingestuft sind, dass sie selbst als Letztverbraucher gelten statt als Erzeuger bzw. Teil der Erzeugungskette, führt dazu, dass die Anlagenbetreiber für den Strom, den sie nutzen die selben hohen Angaben leisten müssen wie ganz normale Endverbraucher – ein großes Problem in Zeiten des stetigen Strompreisanstiegs. Zudem sind Wasserstoff und Methan aus erneuerbaren Energien bislang nicht hinreichend als Biokraftstoffe anerkannt bzw. dieser Schritt ist gerade erst in der politischen Planung.

Ähnliche Probleme hat vor kurzem auch die Deutsche Energie Agentur (dena) benannt, als sie ihren sogenannten "Potenzialatlas Power to Gas" vorgestellt hat. So plädiert die dena – genauso wie Zukunft Erdgas – für einen faireren Wettbewerb der Technologien und der Gesetzgeber sei in der nächsten Legislaturperiode gefragt, den Rechtsrahmen technologieoffen zu gestalten und diskriminierende oder unnötig einschränkende Regelungen gegenüber Power-to-Gas-Anlagen und deren Produkten zu beseitigen. Nachteile würden derzeit vor allem dadurch entstehen, "dass Strom in stärkerem Maße als andere Energieträger mit verschiedenen Abgaben und Umlagen belastet ist", so die Energieagentur.

Stromerzeugung in Deutschland: Bilanz des Jahres 2016

Im vergangenen Jahr deckten die erneuerbaren Energien bereits mehr als 32 Prozent des deutschen Stromverbrauchs ab. Sie lieferten nach Angaben der Experten von Agora Energiewende fast jede dritte Kilowattstunde an Strom. Damit ist der Ökostrom-Ausbau zwar weiter vorangekommen, doch das Tempo verlangsamt sich – vor allem witterungsbedingt.

Stark zugelegt haben dagegen die Erdgaskraftwerke. Sie produzierten gut ein Viertel mehr Strom als im Vorjahr und erreichten damit einen Anteil von 12,1 Prozent am Erzeugungsmix. Sie lieferten fast so viel Strom wie Kernkraftwerke (13,1 Prozent).

Abgenommen haben dagegen die Anteile von Braunkohle an der Stromerzeugung auf 23,1 Prozent (-0,8 Prozentpunkte) und der Anteil der Steinkohle auf 17 Prozent (-1,2 Prozentpunkte). Die Gründe liegen im Wachstum bei der Verstromung von Erdgas und bei den Erneuerbaren Energien.

Quelle: Agora Energiewende

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