Auf dem Weg zur Klimaneutralität sind Power-to-Gas-Technologien ein wichtiger Baustein. Im Projekt STORE&GO haben Forscherinnen und Forscher aus ganz Europa unterschiedliche Verfahren zur Produktion von synthetischem Erdgas (SNG) aus erneuerbarem Strom erfolgreich umgesetzt: Aus drei Pilotanlagen konnte SNG ins lokale Erdgasnetz eingespeist oder verflüssigt als mobiler Energieträger bereitgestellt werden. Außerdem hat das Team die volkswirtschaftlichen Vorteile von Power-to-Gas (PtG) herausgearbeitet und passende Regulierungsempfehlungen entwickelt.
Bis zum Jahr 2050 will Europa zum ersten klimaneutralen Kontinent werden. Um dieses langfristige Ziel zu erreichen, reicht es nicht aus, die Stromerzeugung auf erneuerbare Energien umzustellen – auch die Mobilität, die Wärmeerzeugung sowie alle industriellen Prozesse müssen CO2-neutral organisiert werden. „Sogar in den optimistischsten Szenarien erreicht der Grad der Elektrifizierung maximal 60 Prozent des Energieverbrauchs. Einen großen Teil unseres Energiebedarfs werden wir also auch zukünftig nicht mit Strom, sondern mit Energieträgern wie Methan decken müssen. Allerdings werden wir diese klimaneutral produzieren“, sagt Professor Thomas Kolb, Leiter des Engler-Bunte-Instituts (EBI) am KIT. „In drei Demonstrationsanlagen haben wir im Projekt STORE&GO nachgewiesen, dass die Technologien hierfür nun ausgereift sind und für einen großflächigen Einsatz bereitstehen.“
Unterschiedliche Reaktorkonzepte und Regulierungsansätze im Test
Im EU-Forschungsprojekt STORE&GO wurden ab 2016 an den drei Standorten Falkenhagen (Deutschland), Solothurn (Schweiz) und Troia (Italien) PtG-Demonstrationsanlagen aufgebaut und betrieben, die jeweils SNG aus Wasserstoff produzierten. Dieser wurde zuvor mittels klassischer Elektrolyseverfahren aus erneuerbarem Strom gewonnen. Bei der Methanisierung kamen drei unterschiedliche Reaktorkonzepte zum Einsatz: Mikroorganismen, ein neuartiger Reaktor mit Mikrostrukturen und ein am KIT entwickelter Wabenreaktor für die skalierbare Anwendung in Serie. Da für die Umwandlung von Wasserstoff in SNG eine CO2-Quelle benötigt wird, wurden auch hierfür unterschiedliche Konzepte demonstriert, beispielsweise direct air capture (DAC), bei dem CO2 direkt aus der Umgebungsluft gewonnen wird. Alle Standorte produzierten während des Projekts hochreines SNG, das ins lokale Erdgasnetz eingespeist oder zu Flüssiggas weiterverarbeitet wurde. Neben den unterschiedlichen Konversionskonzepten wurde damit auch das netzdienliche Potenzial der PtG-Technologien demonstriert: Mit der gigantischen Speicherkapazität des europäischen Gasnetzes können Schwankungen bei der Produktion von Wind- oder Solarenergie ausgeglichen werden.
Neben den Technologien wurden in STORE&GO aber auch die unterschiedlichen regulatorischen Bedingungen in den drei Ländern sowie mögliche Marktmodelle betrachtet. „Es reicht nicht, der Öffentlichkeit einfach nur eine leistungsfähige neue Technologie zur Verfügung zu stellen“, sagt Dr. Frank Graf (EBI), der Projektkoordinator bei STORE&GO. „Wir haben konkrete Kosten für die Produktion von Methan aus Ökostrom ermittelt und Empfehlungen erarbeitet, wie und wo wir diese Technologien nun einführen sollten. Fragen der Versorgungssicherheit wurden genauso erörtert wie Anreize für private Investitionen in die PtG-Infrastruktur.“ Um diese Fragestellungen zu bearbeiten, ist das STORE&GO-Konsortium vielfältig aufgestellt und umfasst neben Forschungseinrichtungen und großen Industrieunternehmen auch innovative Kleinunternehmen.
Quelle: Karlsruher Institut für Technologie
