Sektorkopplung mit Windgas

Der Klimaschutzplan schiebt Erdgas langfristig auf das Abstellgleis – Gasversorger sind auf der Suche nach erneuerbarer Wertschöpfung mit Power-to-Gas.
Nach Quelle: 03. Januar 2017

Sektorkopplung ist die neue Zauberformel der Energiewende. Regenerativer Strom könnte künftig auch Autos antreiben und Wohnungen heizen, lauten die Überlegungen. Die Ökoenergie soll den Strom- und den Wärmemarkt sowie den Verkehrssektor zusammenwachsen lassen, um so die Energiewende überall voranzubringen. Das Bundeswirtschaftsministerium hat seine Vorstellungen dazu in den letzten Monaten in mehreren Papieren dargelegt. Auch im Klimaschutzplan 2050 spielen sie eine Rolle.

„Die bloße Elektrifizierung beispielsweise von Wärme- oder Mobilitätssektor ist in unseren Augen keine echte Sektorkopplung“, hält Gerald Linke dagegen. Zur intelligenten Vernetzung der Energieverbrauchsektoren gehöre nicht nur Strom, so der Vorstandsvorsitzende des DVGW, des technischen Fachverbandes der Gaswirtschaft. Linke warnt sogar davor, die Sektorkopplung als reine „Einbahnstraße“ in Richtung Strom anzulegen und nur auf das Stromsystem zu setzen.

Gasnetze und Gasspeicher könnten nach seiner Einschätzung über eine „intelligente Sektorkopplung“ wichtige Beiträge zur Energiewende leisten. Als Schlüssel dafür sieht die Gaswirtschaft Power-to-Gas (PtG), die in den letzten Jahren in gut zwanzig Projekten entwickelte Technologie, um erneuerbaren Strom in grünen Wasserstoff oder regeneratives Methan umzuwandeln.

PtG kann in der Tat erhebliche Transport- und Speicherkapazitäten für regenerative Energien im Gasnetz und in Gasspeichern erschließen. Weil der Ausbau der Stromnetze auf immer größeren Widerstand stoße und außerdem nicht recht vorankomme, müsse über solche Alternativen nachgedacht werden, fordert Linke. PtG ermögliche zudem, Wärmemarkt, Mobilität und Industrie auch mit erneuerbarem Gas zu versorgen.

Kostengünstige Energiespeicherung im Gasnetz

Unterstützung für diese Forderung kommt aus der Wissenschaft. „Die Energiewende ist ohne die Gasspeicher nicht zu schaffen“, sagt Michael Sterner, Professor an der Technischen Hochschule Regensburg und einer der Väter von Power-to-Gas. Sie seien derzeit die einzig realistische Option für die Langzeitspeicherung größerer Energiemengen, die für die Energiewende dringend benötigt werde. In Gasspeichern vorgehaltener Wasserstoff sei über Zeiträume von mehr als zwei Wochen kostengünstiger als jede andere Speicherlösung, hat Sterner im letzten Jahr in einer Studie für den Ökoenergieversorger Greenpeace Energy festgestellt.

Dessen Politikchef Marcel Keiffenheim hält ebenso nichts davon, nur auf das Stromsystem zu setzen: „Ohne Windgas gelingt die Energiewende nicht“, sagt er. Windgas nennt Greenpeace Energy den Wasserstoff aus PtG-Anlagen. Ohne diese regenerative Gaskomponente lasse sich der in Deutschland benötigte Strom nur zu maximal 86 Prozent erneuerbar erzeugen.

Dass Power-to-Gas (PtG) schon heute funktioniert und eingesetzt werden könnte, zeigen 13 Stadtwerke der Thüga-Gruppe – darunter Mainova, Badenova, Erdgas Schwaben und Wemag − seit 2013 in Frankfurt. „Power-to-Gas bietet umfassende Potentiale zur Umsetzung der Energiewende“, begründet Elke Wanke, Projektleiterin Strom-zu-Gas bei der Thüga in München, das Engagement.

Was die Technik kann, wird in Frankfurt auf Demonstrationsbasis vorgeführt: Die Power-to-Gas-Anlage in der Main-Metropole ist mit einem PEM-Elektrolyseur (Hersteller: ITM Power ) mit circa 300 kW elektrischer Leistung ausgerüstet, der aus Wasser und erneuerbarem Strom bei Nennlast circa 60 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde produzieren kann.

Besonderheit in Frankfurt: „Wir waren die ersten, die Wasserstoff ins Verteilnetz einspeisten und haben gezeigt, dass das funktioniert“, berichtet die Projektleiterin. Die Energiewende finde in den Verteilnetzen statt und „wir wollen die Aufgaben dort lösen, wo sie anfallen“, begründet sie den dezentralen Ansatz. Innerhalb von zwei Jahren sei die „technische Machbarkeit belegt“ worden.

Power-to-Gas-Technologie ist Smart-Grid-tauglich

Beim Thüga-Projekt wurden auch Vermarktungswege für PtG getestet: Auf der Stromseite stellt die Anlage negative Regelenergie bereit, nimmt also, wenn eine Netzüberlastung droht, Strom auf und verarbeitet ihn zu Wasserstoff. Schon 2015 sei die Anlage für die Teilnahme am Markt für Sekundärregelleistung präqualifiziert worden, berichtet Wanke.

Im Juni 2016 habe außerdem ein Test belegt, dass die eingesetzte Power-to-Gas-Technologie auch Primärregelenergie liefern kann. „Damit wären wir in der Lage, auch in der Königsdisziplin des Regelenergiemarktes zu punkten“, so Wanke. Primärregelleistung muss innerhalb von maximal 30 Sekunden vollständig erbracht werden und für mindestens 15 Minuten durchgehend zur Verfügung stehen.

Weitere Erkenntnis aus den Thüga-Versuchen: Die Frankfurter Anlage sei, wenn sie intelligent gesteuert werde, auch schnell und flexibel genug, erneuerbare Erzeugungsspitzen durch Aufnahme von Strom auszugleichen – und das auf die Minute genau, so Wanke. „Die Power-to-Gas-Technologie ist Smart-Grid-tauglich.“
Der produzierte Wasserstoff wird an den Projektpartner Erdgas Schwaben verkauft, der ihn an den Autohersteller Audi als Kraftstoff vermarktet „Alles was wir technisch vorhatten, hat funktioniert“, zeigt sich Wanke stolz auf das Erreichte. Ganz zufrieden kann sie dennoch nicht sein. „Im Moment ist ein wirtschaftlicher Betrieb von Power-to-Gas nicht möglich“, bedauert Wanke.

Dafür müssten die energiepolitischen Rahmenbedingungen erst noch geschaffen werden, heißt es in der Gasbranche. Zentrale Forderungen richten sich auf die Befreiung von Letztverbraucherabgaben wie der EEG-Umlage und die Anerkennung des Wasserstoffs als Biokraftstoff für den Mobilitätssektor und als erneuerbare Energie für die Wärmeversorgung. PtG müsse zudem als Alternative zum Stromnetzausbau anerkannt werden, forderte Anfang November ein breites Bündnis von Verbänden der Gas-, Heizungs- und Bauwirtschaft, dem unter anderem BDEW, DVGW, FNB Gas, die Initiative Erdgasspeicher sowie Biogasrat und Fachverband Biogas angehören. Darüber hinaus wird auch eine öffentliche Anschubfinanzierung für notwendig gehalten, um Power-to-Gas marktfähig zu machen.

Einen eigenen Weg in Richtung Marktfähigkeit hat Greenpeace Energy entwickelt. Der Ökoenergieversorger vermarktet regenerativen Wasserstoff aus PtG-Anlagen als so genanntes Prowindgas für die Wärmeversorgung. Insgesamt 15 000 Kunden hat Greenpeace Energy bereits schon für sein Mischprodukt aus Erdgas und erneuerbarem Gas gewinnen können. Sie bezahlen dafür einen Preisaufschlag und finanzieren so den Bau weiterer PtG-Anlagen.

Methanisierung wirtschaftlicher gestalten

In einer erst im Oktober im unterfränkischen Haßfurt gemeinsam mit den dortigen Stadtwerken in Betrieb genommenen PtG-Anlage wird Überschussstrom aus einem nahegelegen Windpark verarbeitet. Der dort eingesetzte Elektrolyseur der neuesten Generation (Silyzer 200 von Siemens; 1,5 MW) wird ebenso wie beim Thüga-Projekt zur Stabilisierung des lokalen Stromnetzes eingesetzt.

Auch Greenpeace Energy fordert dafür eine Änderung der Regularien, die ein solches Vorgehen erschwerten. „Würden die Hürden abbaut, wäre nicht nur Windgas mit einem Schlag viel günstiger“, meint Marcel Keiffenheim. Auch die Netzentgelte könnten sinken, weil keine Entschädigungen mehr an die Betreiber abgeschalteter Windkraftanlagen gezahlt werden müssten.

Bisher kaum genutzt wird die PtG-Option, aus dem erzeugten regenerativen Wasserstoff Methan zu produzieren, das technisch unbegrenzt in das Gasnetz eingespeist werden kann. Eine Methanisierung ist meist auch nicht notwendig, weil die noch geringen Mengen Wasserstoff problemlos dem Erdgas beigemischt werden können. An Methoden, die Methanisierung effizienter zu machen, wird indes bereits gearbeitet.

Im Sommer nahm das Pirmasenser Prüf- und Forschungsinstituts (PFI) eine Pilotanlage zur biologischen Methanisierung von Wasserstoff in Betrieb. Im Unterschied zur technischen Methansynthese, die unter hohen Temperaturen (ab etwa 300 Grad) und hohem Druck (10 bis 30 bar) abläuft, kommen bei der biologischen Methanisierung Mikroorganismen zum Einsatz, die bei 35 bis 65 Grad und 1 bis 7 bar Druck ihre Arbeit verrichten. „Das macht den Prozess weitaus wirtschaftlicher“, erklärt Institutsleiterin Kerstin Schulte.

Die Basis für den Einsatz von Power-to-Gas ist also an vielen Stellen gelegt – jetzt geht es darum zu entschieden, wo die Technologie für die Energiewende zum Einsatz gebracht werden kann.

Nach Autor: Peter Focht