Power to Gas: innovative Technologie für grüne Energiegewinnung
Power to Gas-Anlagen verwandeln Ökostrom in grünen Wasserstoff und stellen saubere Energie für Mobilität, Wärmeversorgung und Industrie bereit.
Was ist Power to Gas und warum benötigen wir diese Technologie?
Damit erneuerbare Energien wie Strom aus Solar- oder Windkraft möglichst gut und vollumfänglich genutzt werden, müssen neue Technologien her. Der Begriff Power to X (PtX) fasst dabei alle Technologien zusammen, die überschüssigen Strom in eine andere Energieform umwandeln. Neben Power to Gas werden etwa auch die Ansätze Power to Heat oder Power to Fuel verfolgt. Mithilfe solch innovativer Technologien gestalten wir langfristig eine nachhaltige Zukunft.
Power to Gas macht temporäre Stromüberschüsse sinnvoll nutzbar, indem diese zur Herstellung nutzbarer Gase wie Wasserstoff oder Methan eingesetzt werden. Die erzeugten Gase kommen anschließend in verschiedenen Sektoren zum Einsatz: Für die Fernwärmeversorgung der Stadtwerke kann Wasserstoff etwa langfristig Erdgas als Energieträger ablösen. So würde die Wärmeversorgung der Landeshauptstadt mit erneuerbaren Energien sichergestellt werden können.
Gaskraftwerk „Fortuna“
Am Standort Lausward erzeugt unser Gaskraftwerk mit dem Block „Fortuna“ klimaschonende Fernwärme. Erfahren Sie mehr zur Entstehung, Architektur und Technik des Kraftwerks.
So funktioniert die Power to Gas-Umwandlung
Eine Power to Gas-Anlage nutzt den Prozess der Elektrolyse, um elektrische in chemische Energie (Gase) umzuwandeln.
1. Elektrolyse: Bei der Elektrolyse handelt es sich um eine chemische Reaktion (Redoxreaktion), bei der sich Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) zersetzt. Dies geschieht mithilfe von elektrischem Strom. Bei der Power to Gas-Technologie wird Strom aus Windenergie, Solarenergie oder anderen regenerativen Quellen eingesetzt.
2. Wasserstoffgewinnung: Der erzeugte Sauerstoff wird nicht weiter benötigt und kann daher abgeleitet oder verkauft werden. Der Wasserstoff hingegen wird in Tanks gespeichert, oder zukünftig direkt in ein Wasserstoffnetz eingespeist. Damit lässt sich bei Bedarf beispielsweise Wärme oder Strom erzeugen.
3. Methanisierung: In einem weiteren Schritt kann der erzeugte Wasserstoff mit der Zufuhr von Kohlendioxid (CO2) zu synthetischem Methan umgewandelt werden. Entscheidend für die Klimabilanz des synthetischen Methans ist die Herkunft des eingesetzten CO2. Das Methangas lässt sich direkt ins Gasnetz einspeisen oder in Gasspeichern lagern.
Anwendungsbereiche für Power to Gas
Im Verkehrssektor ermöglicht Power to Gas die Nutzung von Wasserstoff als Brennstoff für Autos. Dadurch lassen sich klimaschädliche Emissionen reduzieren und die Luftqualität verbessert sich langfristig. Auch im öffentlichen Personennahverkehr kann Wasserstoff eine Option für emissionsarme Mobilität darstellen. In Kooperation mit der Rheinbahn und H2 Mobility bringen die Stadtwerke Düsseldorf so beispielsweise auch in Düsseldorf Wasserstoff-Busse auf die Straßen. Wir investieren in einen Elektrolyseur, der den benötigten Wasserstoff ab 2026 in einer Anlage auf dem Gelände der Stadtwerke herstellen wird. Auch für Pkw soll das umweltfreundliche Gas zur Verfügung stehen.
In der industriellen Nutzung kann der grüne Wasserstoff aus PtG-Anlagen Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen wie Erdgas oder Kohle ersetzen. Der Umstieg auf grünen Wasserstoff ist ein wichtiger Schritt, um den CO2-Fußabdruck von Unternehmen erheblich zu reduzieren. Dadurch können sich die Umweltauswirkungen in bestimmten Bereichen der Industrie minimieren.
Power to Gas ermöglicht die Langzeitspeicherung von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Quellen. Das ist wichtig, um Schwankungen in der Stromerzeugung auszugleichen und eine kontinuierliche Energieversorgung sicherzustellen. Die gespeicherte Energie kann später wieder ins Netz eingespeist werden, wenn die Nachfrage steigt oder ein Mangel an Wind- oder Solarenergie herrscht.
Vorteile von Power to Gas im Überblick
Die Power to Gas-Technologie spielt eine wichtige Rolle in der Entwicklung einer sauberen, zuverlässigen und zukunftsfähigen Energieversorgung und bietet dabei viele Vorteile, die zum Wandel unseres Energiesystems beitragen können:
Integration erneuerbarer Energien: Power to Gas-Anlagen unterstützen die Integration von erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne in das bestehende Stromnetz.
Emissionsreduktion und Ersatz für fossile Brennstoffe: Die Verwendung von Wasserstoff und synthetischem Methan als grüne Brennstoffe kann fossile Energieträger ersetzen und somit zur Reduzierung von Treibhausgasen beitragen.
Sektorkopplung: Die erzeugten Wasserstoff- oder Methangase kommen in verschiedenen Sektoren zum Einsatz. Sie koppeln also den Stromsektor mit den Sektoren Mobilität, Industrie und Wärme. Dies ermöglicht eine umfassende Nutzung erneuerbarer Energien über verschiedene Sektoren hinweg.
Herausforderungen der Power to Gas-Technologie
Die Power to Gas-Technologie ist vielversprechend und birgt Potenzial im Hinblick auf die Energiewende. Die Anlagen und Prozesse von Power to Gas sind bereits ausgereift und funktionsfähig. Dennoch ist eine systemübergreifende wirtschaftliche Nutzung aus verschiedenen Gründen noch nicht vollumfänglich möglich.
Bei Power to Gas-Anlagen kommt es mitunter zu Energieverlusten. Für einen möglichst umweltfreundlichen Prozess sollte die Abwärme, die zum Beispiel bei der Elektrolyse oder Methanisierung anfällt, genutzt werden.
Die wirtschaftliche Auslastung der Power to Gas-Anlagen ist derzeit noch nicht bei 100 %, da die Anlagen mit überschüssigem Ökostrom laufen, der oft nicht ausreichend vorhanden ist. Kritische Stimmen warnen davor, alternativ Graustrom (Strom, der durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht) zu verwenden – das wäre schließlich kontraproduktiv für den grünen Ansatz hinter Power to Gas. Im Hinblick auf die Energiewende ist es jedoch nur eine Frage der Zeit, bis die Überschüsse aus erneuerbaren Energien ausreichen, um Power to Gas voll auszuschöpfen und rentabel zu machen.
Bei der Produktion von grünem Wasserstoff bzw. Methangas fallen hohe Kosten an, wodurch die Power to Gas-Technologie derzeit noch nicht wettbewerbsfähig ist. Power to Gas steht im Stromsektor zudem in direkter Konkurrenz zu anderen Speicherlösungen wie Batteriespeichern oder Pumpspeicherkraftwerken, die für kurzfristige Speicherung größtenteils kostengünstiger sind.
Ob Mobilitätssektor oder Industrie – Power to Gas kommt schon jetzt erfolgreich zum Einsatz. Forscher:innen und Unternehmen arbeiten zudem daran, die Technologie weiter zu verbessern. Immerhin stellt das Verfahren der grünen Gasproduktion einen wichtigen Faktor für die Energiewende dar und trägt zur Integration erneuerbarer Energien in das Energiesystem bei. Langfristig wird es dabei helfen, den Einsatz fossiler Brennstoffe zu minimieren und stattdessen auf umweltfreundliche, erneuerbare Ressourcen zu setzen.
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