Das dringendste Problem der Energiewende kann gelöst werden!
Tim Roedel in Nebenwerte Daily
vom 19. Februar 2013, 17:00 Uhr
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Power-to-Gas: Endlich, das dringendste Problem der Energiewende kann gelöst werden! Und so profitieren Sie davon...
Dezentrale Energieerzeugung birgt Probleme
Angenommen, die Bundesregierung rückt in absehbarer Zeit von ihrem bisherigen Kurs ab und fördert weiterhin den Ausbau der Erneuerbaren Energien, sodass immer mehr große Kraftwerke vom Netz genommen werden können, statt EON,Vattenfall,Gazprom und die saudischen Scheichs zu subventionieren.Würden wir dann in einer heilen Welt leben? - Nein, doch wohl eher in einer dunklen. Denn der Umstieg von konventionell betriebenen Großkraftwerken, also einer zentralen Energieversorgung, hin zu Windparks, Photovoltaik- und Biogas-Anlagen, also einer dezentralen Energieversorgung, birgt ein großes Problem: Wie sollen Energieerzeugungsspitzen ausgeglichen und zugleich Regionen mit wenig eigener Produktion versorgt werden?
Herausforderung bei Speicherung und Transport
Der deutsche Norden ist windreich, der Süden sonnenreich - so weit dieTheorie. Doch während der Norden Deutschlands beim Ausbau der Windenergie (vor allem offshore, also auf dem Meer) bereits große Fortschritte gemacht hat, sieht es im Süden etwas anders aus. Dort ziert man sich, große Flächen für Photovoltaik-Anlagen herzugeben oder Windkraftanlagen aufzustellen. Das hat sicherlich mit Blick auf ein - für den Tourismus unheimlich wichtiges - intaktes Landschaftsbild, aber auch mit der Mentalität der Menschen, die im Süden eher zurückhaltend, ja gar ablehnend gegenüber solchen Bauvorhaben sind, zu tun.
Andererseits leben weiteTeile der Bevölkerung aber im Süden.Was also tun? -Wie soll der Windstrom in den Süden gelangen, und wie soll man Sonnenstrom im Süden speichern? Und drittens:Was macht man mit der überschüssigen Energie, die die Windkraftanlagen bei starkem Wind und die Photovoltaik-Anlagen im Sommer sowie um dieMittagszeit erzeugen und die bisher weitestgehend verpufft, weil man die Anlagen zu Spitzenzeiten einfach abschalten muss? Es herrscht also ein Problem hinsichtlich der Speicherung und des Transports der Energie aus erneuerbarer Erzeugung.
Ungeliebte Stromtrassen und Speicherkraftwerke
Man könnte dieses Problem natürlich recht einfach lösen, indem man mehrere tausend Kilometer neue Hochspannungsleitungen installiert und zudem in den Mittelgebirgen - allen voran im Schwarzwald, im Taunus, in der Rhön und im Allgäu - große Pumpspeicherkraftwerke baut, die einen Teil der (zu viel) erzeugten Energie aufnehmen und je nach Bedarf wieder abgeben könnten.
Beide Vorhaben würden jedoch an der jeweils betroffenen, lokalen Bevölkerung sowie an Naturschutzverbänden etc. scheitern. Auch der neueste Plan der Bundesregierung, die Bevölkerung an neuen Stromtrassen zu beteiligen und das Ganze als Investmentidee zu verkaufen, dürfte kaum auf Gegenliebe stoßen. Und die Tourismuswirtschaft dürfte dagegen ebenfalls erneut Sturm laufen.
Verlegung in den Untergrund
Was also tun? Die einzige Lösung besteht in der Verlegung der Stromtrassen und Speicher unter die Erdoberfläche. Doch da tauchen schon wieder die nächsten Probleme auf: Hochspannungsleitungen erzeugen eine große Hitze und eignen sich deshalb kaum für eine unterirdische Verlegung.
Und bei der Speicherung stoßen wir - ähnlich wie bei der Endlagerung von Atommüll im Salzstock Asse - zwangsläufig auf die Frage nach der Dichtigkeit entsprechender unterirdischer Hohlkammern. Diese Problematik liefert gleichzeitig aber auch schon den Lösungsansatz. Denn eine unterirdische Stromspeicherung kann nur in Form von Gas erfolgen. Und in diesem Zusammenhang besitzt Deutschland einen sehr entscheidenden Standortfaktor.
Deutsches Erdgasnetz als perfekte Lösung
Denn das deutsche Erdgasnetz ist flächendeckend sehr gut ausgebaut. Und was noch viel wichtiger ist: Es hat große freie Kapazitäten. Das Netz ist insgesamt etwa 450.000 Kilometer lang und besitzt mehr als 45 zusätzliche Untertage-Gasspeicher.
Die haben ein Fassungsvermögen von 23,5 Milliarden Kubikmeter Erdgas, was etwa einem Fünftel der jährlich verbrauchten Menge entspricht. Insgesamt ließen sich im bundesdeutschen Erdgasnetz etwa 200 Terawattstunden Strom speichern (entspricht rund 30 Prozent der jährlich verbrauchten Strommenge). Zum Vergleich: Die deutschen Pumpspeicherkraftwerke besitzen lediglich 40 Gigawattstunden, also etwa 0,02 Prozent der Kapazität des Erdgasnetzes. Bis 2025 sollen die Erdgasspeicher auf eine Kapazität von 32,5Milliarden Kubikmeter ausgeweitet werden.
Das Power-to-Gas-Prinzip
Wie wird nun aber (überschüssiger) Strom aus Wind und Sonne zu (Erd-)Gas und danach wieder zu Strom? Das Zauberwort heißt Power-to-Gas! - Dahinter verbirgt sich ein mehrstufiger Prozess, den ich Ihnen im Folgenden kurz erklären will:
Schritt: Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Aktuell wird beispielsweise etwa ein Viertel der Energie, die sich mittels Windkraft erzeugen ließe, gar nicht genutzt,weil die Anlagen bei überschüssiger Stromerzeugung abgeschaltet werden (müssen). Das liegt daran, dass das Stromnetz zusammenbrechen würde, wenn zu viel Energie produziert wird. Mit dem kontinuierlichen Ausbau der Windkraft, aber auch der Energieerzeugung aus Biomasse und Photovoltaik wird der Anteil der zu viel erzeugten Energie weiter steigen, sodass mehr und mehr Energie ins Erdgasnetz eingespeist werden kann.
Schritt: Elektrolyse. Die Energie, die nicht direkt ins Stromnetz eingespeist werden kann, wird zur Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff verwendet. Der Sauerstoff wird in die Atmosphäre entlassen oder industriell genutzt. Der Wasserstoff wird entweder für Brennstoffzellen in Fahrzeugen genutzt, ebenfalls in der Industrie weiterverwendet oder der Methanisierung zugeführt.
Schritt: Methanisierung. Dem Wasserstoff (H2) wird Kohlendioxid (CO2) zugeführt. Dadurch entsteht Methangas (CH4).
Schritt: Speicherung im Erdgasnetz. Dieses Methangas lässt sich theoretisch an jeder beliebigen Stelle ins Erdgasnetz einspeisen und dort speichern.
Schritt: Rückgewinnung von Energie. Die eingespeiste Energie in Form von Methangas lässt sich mittels Gasturbinen wieder in elektrische Energie umwandeln. Diese kann beispielsweise zur Versorgung von Haushalten und Fahrzeugen verwendet werden. Zusätzlich dazu besteht natürlich immer auch die Möglichkeit, das eingespeiste Gas zum Heizen zu verwenden.
Grenzen von Power-to-Gas
Ganz frei von Hindernissen ist dieses neue Konzept bis dato noch nicht. Hauptproblem- im Vergleich zu Pumpspeicherkraftwerken - ist der relativ geringe Wirkungsgrad der Umwandlung von Strom in Gas und wieder zurück in Strom. Er beträgt momentan im besten Fall etwa 40 Prozent. Bei zusätzlicher Nutzung zur Erzeugung von Wärme ergibt sich ein Wirkungsgrad von bis zu 54 Prozent. Es sollte allerdings bedacht werden, dass eine Ausbeute von 40 bis 54 Prozent der überschüssigen Energie besser ist, als die Anlagen zeitweise abzuschalten und dabei gar nichts zu gewinnen.
Die Kosten für eine Megawattstunde Strom aus Power-to-Gas betragen aktuell etwa 80 Euro und befinden sich damit auf dem Niveau von Strom zu Zeiten höchster Nachfrage an der Leipziger Strombörse.
Eine weitere Herausforderung bildet die möglichst wasserstofffreie Produktion von Methangas. Im Erdgasnetz dürfen aktuell lediglich 5 Volumenprozent Wasserstoff enthalten sein. Zudem kann es bei älteren Teilen des Erdgasnetzes zu erhöhter Korrosion der Stahlleitungen kommen. Neue Stähle haben laut mehreren Studien keine Probleme mehr mit erhöhter Korrosion durch zu viel Wasserstoffgehalt.
Fazit: Zukunftsträchtiges Konzept mit hohem Potenzial
Trotz anfänglicher Probleme birgt das Power-to-Gas-Prinzip eine einmalige Chance, die Energiewende in Deutschland rasch umzusetzen. Der Vorteil liegt auf der Hand: Ebenso kostspielige wie unbeliebte oberirdische Transportwege und Speichermöglichkeiten müssen - wenn überhaupt - nur noch in sehr geringem Maße realisiert werden. Das Erdgasnetz ist dagegen bereits vorhanden. Einzig und allein weitere Gaskraftwerke, die sich nahe an großen Verbrauchern platzieren lassen, sowie Anlagen zur Elektrolyse und Methanisierung müssten noch gebaut werden.
Der Wirkungsgrad entsprechender Anlagen lässt sich weiter steigern. In den vergangenen drei Jahren wurden in Deutschland bereits mehrere Anlagen gebaut, weitere sind im Bau und in Planung. Die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet schreitet voran, vor allem auch auf Grund des Bedarfs eines Wasserstoff-Tankstellen-Netzes für Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Fazit: Power-to-Gas ist ein Konzept, das in absehbarer Zeit die größten Probleme der Energiewende lösen und Ihnen, die Sie frühzeitig darauf setzen, hohe Profite bescheren kann.
Herzlichst Ihr
Tim Roedel
von Tim Roedel |
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