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Power-to-Gas: Schlüsseltechnologie der Energiewende

Gastbeitrag von Prof. Dr. Gerald Linke

Die Energieversorgung in Deutschland wird Schritt für Schritt auf erneuerbare Energien umgestellt. Das bringt neue Herausforderungen mit sich.

Die Erzeugung hängt zunehmend vom Wetter ab und verteilt sich immer mehr auf dezentrale Einheiten. Von zentraler Bedeutung für das zukünftige Energiesystem ist die intelligente Kombination von neuen und bestehenden Infrastrukturen wie der Gasinfrastruktur. Sie kann flexibel und mit hoher Spitzenlast auf die volatile Einspeisung der Erneuerbaren reagieren sowie zunehmend zur Bereitstellung von Biomethan und synthetischen Gasen genutzt werden. Diese können durch den Einsatz moderner Power-to-Gas-Technologien aus erneuerbaren Energiequellen hergestellt und in allen Sektoren (Strom, Wärme und Mobilität) eingesetzt werden. Im Energiesystem der Zukunft können Gase zu 100 Prozent erneuerbar und damit treibhausgasneutral sein. Den Weg in eine klimaneutrale Energiezukunft werden Gas und Erneuerbare daher gemeinsam gehen.

Klimaschutzziele in Gefahr

Prof. Dr. Gerald Linke, Vorstandsvorsitzender des Deutschen Vereins des Gasund Wasserfaches e.V. (DVGW). Foto: DVGW e.V.

Wenn die bisherige Energiepolitik fortgesetzt wird, werden wir die Klimaschutzziele Deutschlands für die Jahre 2030 und 2050 mit hoher Wahrscheinlichkeit verfehlen. Die klimaschädlichen Energieträger Kohle und Erdöl verursachten im Jahr 2016 etwa 74 Prozent der energiebedingten Emissionen. Dies führt zu dem auch international kritisch diskutierten „Energiewendeparadox“ in Deutschland: Obwohl der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch von 6 Prozent im Jahr 2000 auf über 36 Prozent im Jahr 2017 zugenommen hat, verringerten sich die Treibhausgas- Emissionen im gleichen Zeitraum um lediglich 13,4 Prozent.

Um das nationale Klimaziel für das Jahr 2030 zu erreichen, müssen die Treibhausgas-Emissionen aber um mindestens 55 Prozent gegenüber 1990 abgesenkt werden. Diese Entwicklungen machen deutlich, dass die Energiewende deutlich konsequenter als bisher am Kriterium der stetigen Reduzierung von CO2-Emissionen ausgerichtet werden muss. Es liegt daher nahe, dass die Potenziale von klimafreundlichen Gasen und ihrer Infrastrukturen im Transformationsprozess wesentlich stärker als bisher berücksichtigt werden sollten.

In einem ersten Schritt können durch den Fuel- Switch, also den Ersatz von Kohle, Erdöl und fossilen Flüssigtreibstoffen durch Erdgas, in einem sehr kurzen Zeitraum die Treibhausgasemissionen umfassend reduziert werden. In allen Sektoren könnte es durch die Ablösung von Kohle und Erdöl durch Erdgas erhebliche Klimaschutzeffekte geben. Mit Blick auf das Referenzjahr 2020 könnten zum Beispiel in der Stromerzeugung durch einen 100-prozentigen Switch von Braunkohlekraftwerken zu bestehenden Gaskraftwerken mehr als 70 Millionen Tonnen CO2 jährlich eingespart werden.

In einem parallel einsetzenden zweiten Schritt, dem Content-Switch, wird der Anteil von grünem Gas aus erneuerbaren Quellen – beispielsweise durch die Power-to-Gas-Technologie oder aus der Verwertung von Biomasse – im Gasnetz kontinuierlich gesteigert. Insbesondere im Wärmesektor lassen sich durch den Fuel- und parallel stattfindenden Content-Switch erhebliche CO2-Einsparungen kosteneffizient realisieren. Der dritte Schritt ist die Verknüpfung der bestehenden Infrastrukturen über alle Sektoren hinweg – der sogenannte Modal-Switch. Dieser dreistufige, fortschreitende Prozess fördert so die Klimaneutralität in allen Sektoren des Energiesystems bei gleichzeitiger Versorgungssicherheit.

Für die Energiewende sind EE-Gase und Power-to-Gas zentrale Elemente. Mit ihnen können die Treibhausgasemissionen verschiedener Sektoren gesenkt und deren Kopplung vorangetrieben werden. Schätzungen haben gezeigt, dass bis 2030 die Produktion von mehr als 25 Prozent EE-Gasen möglich ist – Technologie und Infrastruktur dafür sind bereits vorhanden. So kann der Klimaschutz deutlich kostensparender gestaltet werden als mit erneuerbarem Strom allein. Fuel- und Content- Switch sollten deshalb schon heute systematisch vorangetrieben werden.

Power-to-Gas in der Zukunftsvision Schaubild eines kompletten Power-to-Gas Verteilungsund Nutzungskonzeptes. Die Sektorenkoppelung von Gas und Strom ist bereits großtechnisch weitgehend ausgereift entwickelt. Foto: DVGW e.V.

Power-to-Gas als zentrale Energiewendetechnologie

Durch die intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit der vergangenen Jahre ist die zentrale Energiewendetechnologie Power-to-Gas zur Kopplung der Sektoren Strom und Gas inzwischen großtechnisch ausgereift. Mit Power-to-Gas können wir Ökostrom langfristig speichern und Netzengpässe vermeiden. Werden diese bislang weitgehend getrennten Sektoren gekoppelt, können erneuerbare Energien in allen Bereichen zum Einsatz kommen. Das heißt: Mehr Klimaschutz mit Gas und Strom für Wärme, Verkehr und Industrie. Transformationspfade mit einem breiten Technologieund Energieträgermix sind zudem deutlich kostengünstiger als solche, die verstärkt auf strombasierte Anwendungen setzen.

Das Energienetz der Zukunft

Relevant wird die Technologie insbesondere bei einer weiteren Zunahme erneuerbarer Energie in der Stromversorgung. Die derzeitigen regulatorischen Randbedingungen sind momentan jedoch eher hinderlich. Bislang gibt es kaum spezifische Regelungen für Power-to-Gas. Ebenso fehlt ein konsistenter Ordnungsrahmen, der die Systemfunktion dieser Technologien als zentrales Element der Sektorenkopplung anerkennt und eine klare Rechtsgrundlage schafft. Nach wie vor werden Power-to-Gas-Anlagen als Letztverbraucher eingeordnet. Daraus resultiert eine Belastung des genutzten Stroms mit zahlreichen Entgelten, Umlagen und Abgaben.

Der DVGW setzt sich deshalb dafür ein, alternative sektorenübergreifende Technologien als gleichwertig zu bewerten und diese gegeneinander abzuwägen. Power-to- Gas und andere Sektorenkopplungselemente sollten als Verbindungsglieder zwischen den Sektoren behandelt werden. Von Stromnebenkosten im Zusammenhang mit Erzeugung, Transport oder Verbrauch von Energie sollten sie weitgehend ausgenommen werden.

Power-to-Gas in Deutschland

Potenzial der Treibhausgasreduktion durch den Fuel-Switch. Quelle: Initiative Zukunft Erdgas (2016): Vorkettenemissionen:
www.zukunft-erdgas.info/politik/studien/vorkettenemission

Durch zahlreiche abgeschlossene und noch laufende Power-to-Gas-Projekte ist es gelungen, das Interesse für das Thema in der Öffentlichkeit und in branchennahen Sektoren zu wecken. Jetzt gilt es, den Weg zur Markteinführung und Umsetzung aufzuzeigen – sowohl auf der Anbieterseite als auch in der praktischen Anwendung. Der DVGW fördert und initiiert daher Forschungsprojekte, die die Entwicklung von Technologien zur Gewinnung erneuerbarer Gase zum Gegenstand haben.

So zeigen die Modellierungen des DVGW-Forschungsprojekts SMARAGD, dass etwa ab dem Jahr 2030 ausgewählte Power- to-Gas-Anlagen wirtschaftlich betrieben werden könnten, wenn sie von Stromnebenkosten, wie EEG-Umlage oder Netzentgelt, befreit würden. Die Anlagen könnten ihre Betriebskosten so bis 2050 sogar halbieren und eine betriebswirtschaftliche Alternative zu herkömmlichen Brennstoffen bieten. Im europäischen Leuchtturmprojekt STORE& GO untersucht der DVGW gemeinsam mit 26 Partnern aus sechs Ländern die praktische Integration von Power-to-Gas-Anwendungen in das europäische Energienetz. Ziel ist es, vor allem die Methanisierung von Wasserstoff als wichtigen Schritt für die Energiewende voranzutreiben. In diesem Rahmen wurde im Mai eine Methanisierungsanlage als Erweiterung einer bereits bestehenden Power-to-Gas-Anlage in Falkenhagen eröffnet. Dabei wird der mit Windstrom erzeugte Wasserstoff zu Methan umgewandelt. Die Anlage produziert bis zu 57 m³/h SNG, was in etwa einer Leistung von 600 kWh/h entspricht. Zum Vergleich: Mit dieser Energiemenge könnte man eine 50-m²-Wohnung etwa einen Monat lang beheizen.

Grünes Gas als Bestandteil einer klimaneutralen Gesellschaft

Wenn Deutschland seine CO2-Emissionen kosteneffizient reduzieren und rasch eine umfassende Energiewende erreichen will, sollte die vorhandene Gasinfrastruktur bei der Planung und Modellierung des Netzausbaubedarfs berücksichtigt werden – zum Beispiel bei der kombinierten Planung von Strom- und Gasnetzausbau (Quer-NEP). Das vorhandene Gasnetz kann problemlos steigende Mengen grüner Gase aufnehmen und transportieren und damit die Elektrifizierung der Energiesektoren ergänzen.

Technologien, die im Zuge des Fuel- und Content-Switch entwickelt werden, sichern Wertschöpfung und Arbeitsplätze am Standort Deutschland. Zudem tragen sie dazu bei, dass Deutschland internationaler Technologieführer im Bereich moderner Energietechnik und grüner Zukunftstechnologien bleibt. So lassen sich beispielsweise Power-to-Gas-Anlagen nicht nur in Deutschland zur Stabilisierung der Energieversorgung einsetzen. Sie sind auch exportfähige Hochtechnologiesysteme, die im Ausland zum Klimaschutz beitragen können. Die Energiewende ist somit kein nationaler Sonderweg, sondern findet weltweit statt.

Kontakt: Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW), Prof. Dr. Gerald Linke, 53123 Bonn, Tel. +49 (0) 228 91 88-5, info@dvgw.de