Power-to-Gas

Home >Energie >Power-to-Gas

Blick vom Schauinsland nach Süden zum Rheintal-Nebel am 25.10.2012

 

Gas mittels Ökostrom aus Wasser und CO2 produzieren – ein nahezu perfekter Öko-Kreislauf
Gegenüber den Zielsetzungen zur notwendigen CO2-Reduktion aus dem aktuellen Bericht des Weltklimarats ist die politisch-ökologische Auseinandersetzung für oder gegen eine größere Unabhängigkeit von russischen Gaslieferungen zweitrangig: Die Verbrennung von fossilem Gas, ob aus Russland oder auch Fracking-Gas aus Amerika, führt zu einem weiteren CO2-Anstieg in der Atmosphäre.
Die aktuelle Situation sollte Anlass geben, den dritten möglichen Weg zu einer langfristigen Gasversorgung voranzutreiben und weiterzuentwickeln: Gas mittels Ökostrom aus Wasser und CO2 zu produzieren (das sogenannte “Power-to-Gas”-Verfahren). Der wichtige, positive Nebeneffekt ist, dass dazu wieder mehr Wind- und Sonnenenergie benötigt wird – statt sie weiter auszubremsen und rückzubauen –, was einem modernen Industriestandort Deutschland guttut.
Zudem ist Erdgas ein idealer universeller Energieträger der Zukunft für Verkehr, Hausheizung und Industrie. Er ist speicherbar und transportabel, und wenn er mittels Ökostrom gewonnen wird und das bei der Gasverbrennung entstehende CO2im Herstellungsprozess wieder verwendet wird, entsteht ein nahezu perfekter Öko-Kreislauf.
2.5.2014, Klaus Kramer, Freiburg

——————————————————————————————-
Vahrenholt: Power-to-Gas anstelle Batterien als Langzeitspeicher
Ebenfalls ernüchternd ist die Erkenntnis, dass Batterien nur als Kurzzeitspeicher dienen können. Voraussetzung für Langzeitspeicher wäre die erfolgreiche Entwicklung von «Power-to-Gas», also die Umwandlung von Windstrom per Elektrolyse in Wasserstoff oder gar Methan. Das ist zwar heute noch absurd teuer, aber wir werden das schon schaffen, vielleicht, irgendwann und irgendwie. Allerdings, so warnen die Autoren, könnte es trotz allem in Tagen der kalten Dunkelflaute (keine Sonne und kein Wind im Winter) zu Konflikten kommen zwischen «Power-to-Heat» (Wärme auf Windstrombasis) und dem konventionellen Strombedarf. Will sagen: Licht oder warme Heizung, das ist dann die Frage. Das Auto bleibt bei der Dunkelflaute sowieso zu Hause stehen. Die Autoren korrigieren nicht zuletzt auch die weithin verbreitete Illusion, nach der Autobatterien als Stromspeicher genutzt werden könnten
…. Alles vom 15.5.2019 von Fritz Vahrenholt bitte lesen auf
https://www.weltwoche.ch/ausgaben/2019-20/artikel/das-4600-milliarden-fiasko-die-weltwoche-ausgabe-20-2019.html
.
Die Studie «Energiesysteme der Zukunft» kann hier heruntergeladen werden:
https://energiesysteme-zukunft.de/fileadmin/user–upload/Publikationen/pdf/ESYS–Analyse–Sektorkopplung.pdf
https://energiesysteme-zukunft.de/studienvergleich-energiewende/‘ .
 .
Prof. Dr. Fritz Vahrenholt hat in Chemie promoviert und ist Honorarprofessor an der Universität Hamburg. Als Vertreter der SPD war er Umweltsenator in Hamburg (1991 bis 1997). Unter Bundeskanzler Gerhard Schröder war er auch als Berater für Energiefragen auf Bundesebene tätig.
 

Power-to-Gas – Verfahren
Der Ökostromanteil im deutschen Stromnetz wächst enorm. Zudem schwankt bei einem hohen Anteil von Wind- und Sonnenenergie die Strommenge je nach Wetterlage stark. Folge: Schon heute kann in manchen Regionen überschüssiger Ökostrom nicht mehr in das Stromnetz eingespeist werden. Bis 2030 sind deutschlandweit in bestimmten Jahreszeiten überschüssige Stromleistungen im Gigawattbereich zu erwarten. Langfristspeicher mit hohen Kapazitäten müssengebaut werden, um die künftigen Überschüsse dem Verbraucher auch in Zeiten ohne Wind und Sonne zur Verfügung zu stellen. Eine Speicherung über lange Zeit und mit großem Volumen bieten die chemischen Speichermedien Wasserstoff und Methan. Nur Methan ist lange ohne Verluste lagerfähig und kann zudem in das große, bereits vorhandene deutsche Erdgasnetz eingespeist werden.  Das Erdgas-Netz besteht bereits und muss nicht, wie zum Beispiel ein Pumpspeicherkraftwerk, erst gebaut werden. Blockheizkraftwerke, Erdgasautos und die Industrie können dann das erneuerbare Gas nutzen.

Das “Power-to-Gas”-Verfahren (“Strom zu Gas”-Verfahren) stellt aus dem von Solar bzw. Wind produzierten überschüssigen Strom Methan bzw. Erdgas her, und zwar in zwei Schritten:
1. Die Anlage wandelt Wasser in Wasserstoff um.
Zwei Kabel führen Strom mit 250 Kilowatt in einen Container mit Kalilauge als Elektrolyt, der Strom, spaltet das zuströmende destillierte Wasser in Wasserstoff und Sauerstof. Diese Elektrolyse ist altbekannt. Neu ist aber, dass die Menge an Solarstrom ständig schwankt, weshalb eine intelligente Regelelektronik eingebaut ist.
2. Der Wasserstoff wird zu Bio-Erdgas aufbereitet und kann damit ins Erdgas-Netz eingespeist werden.
Dazu haben haben die Stuttgarter Wissenschaftler das altbekannte Sabatier-Verfahren (Wasserstoff reagiert mit Kohlendioxid zu Methan und Wasser) um eine ausgefeilte Gasdosierung weiterentwickelt.

 

Fraunhofer IWES – Fraunhofer-Institut für Windenenergie und Energiesystemtechnik
Das Fraunhofer-Institut für Windenenergie und Energiesystemtechnik IWES forscht im gesamten Spektrum der Windenergie sowie der Integration von erneuerbaren Energien in Versorgungsstrukturen. Die Forschung zu Energieeffizienz und modernen Formen der Energiespeicherung umfasst neben Windkraft auch Photovoltaik und Biomasse. Das Fraunhofer IWES wurde 2009 gegründet und ist aus dem ehemaligen Fraunhofer-Center für Windenergie und Meerestechnik CWMT in Bremerhaven sowie dem Institut für Solare Energieversorgungstechnik ISET e.V. in Kassel hervorgegangen. Am Fraunhofer IWES arbeiten derzeit etwa 250 Wissenschaftler, Angestellte und Studenten. Das Jahresbudget beträgt rund 22 Mio. Euro.
http://www.iwes.fraunhofer.de/
http://www.powertogas.info unter der Regie der www.dena.de

 

“Power-to-Gas”-Forschungsanlage in Stuttgart
Am 30. Oktober 2012 hat das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) eine Forschungsanlage mit einer elektrischen Anschlussleistung von 250 Kilowatt eingeweiht. Die vom Bundesumweltministerium geförderte Anlage wandelt Ökostrom in Wasserstoff und Methan um. Mit einer möglichen Methanproduktion von bis zu 300 Kubikmetern pro Tag ist sie die größte Anlage ihrer Art weltweit und zehnmal leistungsstärker als die drei Jahre zuvor am ZSW entstandene Versuchsanlage. Damit rücken die Wissenschaftler aus Stuttgart unmittelbar an die industrielle Anwendung der neuen Stromspeichertechnologie heran.
Während des Betriebs wollen die ZSW-Forscher mit ihren Kollegen vom Fraunhofer IWES und der Firma SolarFuel die Technologie weiter optimieren. Das Hochskalieren künftiger Power-to-Gas-Anlagen im energiewirtschaftlich relevanten Bereich von 1 bis 20 Megawatt soll dadurch erleichtert werden. Eine Bewertung des künftigen Speicherbedarfs ist ebenfalls Gegenstand der FuE-Arbeiten.

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist eine gemeinnützige Stiftung des bürgerlichen Rechts.
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung
Baden-Württemberg (ZSW)
Industriestraße 6, 70565 Stuttgart
www.zsw-bw.de

www.iwes.fraunhofer.de
www.solar-fuel.net

Das Projekt “Wasserstoff  und EE-Methan” kommt voran: In Stuttgart ist eine 250 kW-Demo-Anlage in Betrieb,
die MW-Anlage in Werlte /Emsland ist eingeweiht und in Freiburg seit einem Jahr eine versuchsanlage in Betrieb.
badenova/ISE stellen anfang 2013 einen neuen Förderantrag mehr.
Wenn der Überschußstrom billig genug ist (unter 2 Cent/kWh), dann kann es künftig auch wirtschaftlich klappen.
29.12.2012

Wirkungsgrad?
Der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strom über Wasserstoff zu Erdgas beträgt allerdings nur rund 60 Prozent”… und der Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Erdgas zu Strom beträgt 30% (Carnot lässt grüßen!). Die Multiplikation beider Wirkungsgrade sei dem Leser überlassen.
Rainer Schwarz, 9.10.2012

Dezentralisierung als Alternative?
Man sollte besser endlich einmal die Dezentralisierung der Stromversorgung weiter vorantreiben. Wenn jeder PV-Anlagenbesitzer seinen Strom selbst in LiFePOs speichern würde, hätte man einen Systemwirkungsgrad von über 90% von Strom über Akku wieder zu Strom. So muss das laufen.
Johannes Güntert, 9.10.2012

 

Power-to-Gas: Aus erneuerbarem Strom und CO2 synthetisches Erdgas herstellen

Power-to-Gas ändert die Logik unserer Energielandschaft. Statt aus fossilen Ressourcen Strom und Kohlenstoffdioxid zu erzeugen, wird aus erneuerbarem Strom und Kohlenstoffdioxid (synthetisches) Erdgas hergestellt. Dadurch kann die bestehende fossile Infrastruktur weiter genutzt und gleichzeitig das Klima gerettet werden.
Seit mehr als 100 Jahren nutzen vor allem Industrieländer in hohem Maße die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas. Viel Kapital wurde investiert, um die hierfür notwendige fossile Infrastruktur aufzubauen. Mobilität, Industrie und viele alltägliche Produkte fußen auf Kohle, Öl oder Gas und sind deshalb von diesen endlichen Ressourcen abhängig.
Als nachteilig bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern hat sich das frei werdende Kohlenstoffdioxid (CO2) herausgestellt, da es zu einer unerwünschten Erwärmung unseres Klimas führt. Daher gibt es zahlreiche Anstrengungen, den Ausstoß von CO2 zu senken bzw. zu vermeiden. Der unter dem Schlagwort „Energiewende“ stattfindende Umbau der deutschen Stromerzeugung von fossiler auf erneuerbare Stromerzeugung aus Wind und Sonne ist eine der weltweit größten Anstrengungen hierfür.
Mit dem Wandel von einer zentralen Struktur fossiler Großkraftwerke hin zu einer dezentralen Struktur von Wind- und Photovoltaik-Kraftwerken erhöht sich allerdings unerwünschter Weise die Volatilität im Stromsystem. Strom muss zum Zeitpunkt des Verbrauchs erzeugt werden. Mit einer zentralen Struktur von Großkraftwerken war dies technisch leicht zu bewältigen. Windkrafträder und Photovoltaik-Anlagen hängen in ihrer Erzeugung vom Wetter ab und benötigen deshalb ein stabilisierendes Pendent, um den Anforderungen des Stromsystems zu genügen. Stromspeicher und darüber hinausgehende Technologien wie Power-to-Gas sind Bausteine, die ein erneuerbares Energiesystem erst ermöglichen.

Technik: Überschuss-Strom in Methan umwandeln
Mit Power-to-Gas wird (Überschuss-)Strom über die zwei Hauptprozesse „Elektrolyse“ und „Methanisierung“ in Methan (CH4) umgewandelt. Damit wird im Moment nicht nutzbarer und wertloser Überschuss-Strom lagerfähig und wertvoll. Erdgas enthält zu mehr als 98% Methan. Das mit einer Power-to-Gas-Anlage erzeugte Methan kann somit wie Erdgas verwendet werden und wird deshalb auch als synthetisches Erdgas (SNG) bezeichnet. Es weist sogar eine größere Reinheit und konstantere Gasqualität als natürliches Erdgas auf und ist zusätzlich CO2-neutral.

Elektrolyse: Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen
Bei der seit  mehr als 200 Jahren bekannten Elektrolyse wird Wasser (H2O) mit Hilfe von Strom in gasförmigen Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zerlegt und getrennt gesammelt. Der erzeugte Wasserstoff wird im nächsten Prozessschritt weiter verwendet. Der erzeugte Sauerstoff wird momentan nicht genutzt, könnte aber in vielen technischen Prozessen verwendet werden und wäre dann eine zusätzliche Einnahmequelle.
Die Elektrolyse wird vor allem seit den letzten Jahren verstärkt weiter entwickelt. Dadurch sind neben der klassischen alkalischen Elektrolyse auch neue Arten wie die sogenannte Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse (PEM) entstanden. Vor allem diese zeichnet sich durch schnelle Reaktionszeiten auf Änderungen im Stromzufluss aus und kann deshalb auch Regelleistung erbringen. Damit lässt sich das Netz auf lokaler Ebene stabilisieren und Einnahmen erzielen. Die Wirkungsgrade von Elektrolysen liegen im Bereich zwischen 70-78%

Methanisierung: CO2-neutrales Erdgas
Bei der Methanisierung (nach ihrem Erfinder auch Sabatier-Prozess genannt) wird Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid zu Methan synthetisiert. Als Produkt erhält man CO2-neutrales Erdgas hoher Qualität. Bei diesem Prozessschritt wird Wärme auf einem Niveau von 230-300 °C frei, die vielfältig genutzt werden kann, z.B., um sie in ein Fernwärmenetz einzuspeisen. Der Wirkungsgrad liegt momentan bei mehr als 80%. Bei der Methanisierung wird CO2 verbraucht. Dieses könnte zum Beispiel aus gereinigtem Biogas stammen und damit insgesamt zu mehr einspeisefähigem Methan führen. Zusätzlich erschließen sich über CO2-Zertifikate neue Einkommensquellen.

Nutzung über das Erdgasnetz
Das durch Power-to-Gas erzeugte synthetische Erdgas kann lokal an der Anlage gespeichert oder in das europäische Erdgasnetz eingespeist werden und so vielfältig wie Erdgas für Mobilität, Industrie und in Haushalten verwendet werden. Mit einer Länge von 460.000 km lassen sich im deutschen Erdgasnetz ca. 200 TWh an Energiemenge speichern. Das entspricht einem Drittel des deutschen Jahresstromverbrauchs.

Mehr auf: http://ceg-energy.de/

 

Hinterlasse eine Antwort