A. Anton/iStock/Thinkstock

Schlüsselfrage der Energiewende

Sektorkopplung. Hinter diesem sperrigen Begriff steht die Gretchenfrage zum Gelingen der Energiewende: Wie lässt sich der saubere, aber wetterabhängige Strom aus Wind- und Solaranlagen speichern und in unsere Heizkörper und auf unsere Straßen bringen? Schließlich laufen Verkehr und Wärmeerzeugung der Energiewende noch überwiegend fossil hinterher. Und wie können wir unsere Ressourcen effizienter nutzen, um etwa über Brennstoffzellen im heimischen Keller, Strom und Wärme dezentral und klimaschonend zu produzieren? 

Für Eberhard Umbach ist Eile geboten: „Momentan deutet alles darauf hin, dass wir die von der Bundesregierung 2010 formulierten Klimaschutzziele weit verfehlen werden – sei es bei der CO2-Einsparung, Energiereduktion oder dem Umbau des Wärme- und Mobilitätssektors“, so das Präsidiumsmitglied von „acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften“. „Nur beim Ausbau der erneuerbaren Energien liegen wir etwa auf dem anvisierten Entwicklungspfad. Wenn wir aber nicht entscheidend etwas tun, werden wir die für 2050 angestrebten Ziele massiv verfehlen.“

Umbach weiß, wovon er spricht. Im Rahmen der Initiative „Energiesysteme der Zukunft“ (ESYS) beschäftigen sich etwa hundert Wissenschaftler unterschiedlichster Disziplinen mit der Frage, wie die Energiewende bewältigt werden kann. Als Co-Leiter der Arbeitsgruppe Sektorkopplung versucht Umbach, mit seinen Kollegen „das Energiesystem möglichst ganzheitlich zu verstehen und Alternativen ausloten, wie es sich weiterentwickeln kann, um die Ziele der Energiewende zu erreichen. Etwa durch eine stärkere Vernetzung der Energiesektoren.“ So wollen die Forscher Handlungsoptionen für Politik und Gesellschaft entwickeln.

Sektorkopplung Schlüsselfrage der Energiewende
Verfahrenstechniker Ulrich Zuberbühler vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg © ZSW

Für den Verfahrenstechniker Ulrich Zuberbühler heißt die Schlüsseltechnologie zur Sektorkopplung „Power to Gas“. Die Umwandlung von Ökostrom mittels Elektrolyse in Wasserstoff und weiter in Methan. Dieses sogenannte Windgas kann im Erdgasnetz gespeichert, Heizungen und Fahrzeuge betreiben und wieder in Elektrizität rückverstromt werden. Am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) erforschen Zuberbühler und seine Kollegen seit rund zehn Jahren das Verfahren. Der erste Meilenstein: Gemeinsam mit Ideengeber Michael Specht und dem Unternehmer Georg Waldstein nahm Zuberbühler hier 2009 die weltweit erste Power-to-Gas-Anlage in Betrieb. Eine Investition in die Zukunft. Denn je mehr erneuerbare Energien entstehen, desto mehr muss gespeichert werden, damit der Strom nicht ungenutzt verpufft oder an windstillen Tagen das Licht ausgeht. Als Langzeitspeicher ist Power to Gas für Zuberbühler zurzeit alternativlos: „Sie können schon jetzt drei bis vier Monate des Erdgasverbrauchs der Bundesrepublik in Kavernenspeichern lagern. Diese Kapazitäten erreichen Sie heute weder mit Batteriespeichern, Schwungradspeichern oder anderen Technologien.“

Bei der Umwandlung von Strom in Methan geht zwar Energie verloren – zwischen 30 und 35 Prozent, aber weil das Verfahren vor allem die Überschussenergie der Wind- und Solaranlagen abfangen soll, ist das für Verfechter wie Zuberbühler kein Problem. „Je höher der erneuerbare Anteil wird, desto eher brauchen Sie diese saisonale Komponente, und dann wird Power to Gas auch wieder konkurrenzfähig, sodass man schließlich die Energieverluste in Kauf nehmen kann.“ Und die Effektivität der Rückverstromung kann noch erheblich gesteigert werden: Durch Brennstoffzellen fürs Eigenheim. In diesen Kraftwerken für den Heizungskeller wird Erdgas oder Windgas nicht einfach verfeuert, sondern elektrochemisch umgewandelt – in Wärme und Strom. Effizienter, ressourcenschonender und sauberer als in herkömmlichen Heizanlagen. In dem von 2008 bis 2015 durchgeführten Pilotprojekt Callux wurde der CO2-Ausstoß der 500 beteiligten Haushalte um bis zu 30 Prozent reduziert. Mittelfristig sollen die dezentralen Kleinkraftwerke das Stromnetz entlasten und damit stabilisieren. Beginnt sich die Technik hierzulande gerade erst durchzusetzen, ist sie in Japan bereits in der Breite angekommen. 120.000 Brennstoffheizgeräten sorgen dort in Unternehmen oder Privathaushalten für Strom und Wärme.

Elektrobatterien reichen nicht für Lkw, Schiffe und Flugzeuge

Im Mobilitätssektor, dem aktuellen Schlusslicht der Energiewende, könnte Power to Gas auch kurzfristig CO2-neutralen Verkehr in Wasserstoff- oder Erdgasautos auf die Straße bringen. Ohne Feinstaub und mit weniger Stickoxiden. Von Audi wird das bereits praktiziert. In einer Pilotanlage im niedersächsischen Werlte produziert der Autohersteller seit 2013 klimaneutrales Windgas für seine „g-tron“-Modelle. Eine umweltfreundliche Alternative besonders auch für den Lastverkehr, wo Elektrobatterien nicht reichen, um Lkw, Schiffe oder gar Flugzeuge zu bewegen.

Auch für Umbach sind Power to Gas und Power to Liquids zentrale Zukunftstechnologien, nicht zuletzt, „weil die anderen Optionen mit Pferdefüßen versehen sind, die die Gesellschaft vermutlich so nicht tragen wird. Zum Beispiel ist ein Oberleitungssystem für Autobahnen denkbar – das wäre technisch zwar möglich, aber mit enormen Kosten und erheblichen Veränderungen der Landschaft verbunden“.

Sektorkopplung Schlüsselfrage der Energiewende
© Ole Gunnar/iStock/Thinkstock

Um Ökostrom in Methan zu verwandeln, braucht man entsprechende Mengen Kohlendioxid (CO2). Zuberbühler und seine Kollegen gewinnen es aus Biogasanlagen, wo es als Abfallprodukt anfällt. In der Audi-e-Gas-Anlage im Emsland ist dieses Verfahren schon in die Planung eingeflossen. „Diese Power to Gas-Anlage steht auf dem Gelände einer Biogasanlage, bekommt von dieser ihr CO2 und liefert zugleich wieder Wärme an die Biogasanlage“, erklärt Zuberbühler. Um vom Standort unabhängig zu werden, arbeiten die Wissenschaftler an einer anderen ambitionierten Idee: Sie gewinnen CO2 direkt aus der Luft. Das von ihnen entwickelte Verfahren funktioniert bereits, frisst aber noch viel Strom. Deshalb forschen die Wissenschaftler aktuell daran, wie man die Abwärme etwa aus der Elektrolyse und Methanisierung zur CO2-Gewinnung nutzen kann.

Seine Praxistauglichkeit hat Power to Gas bereits erwiesen. In heute rund 23 Forschungsanlagen und Pilotprojekten in Deutschland. Damit es auch wirtschaftlich konkurrenzfähig wird, müssen im Energiewirtschaftsgesetz entscheidende Lücken geschlossen werden, gibt Zuberbühler zu bedenken: „Momentan wird eine Power to Gas-Anlage als Letztverbraucher behandelt und nicht als Stromspeicher.“ Wie ein Privathaushalt müssen die Betreiber also etwa die EEG-Umlage zahlen. Das mache einen Einsatz in industrieller Größenordnung schlicht unrentabel.

Auch Eberhard Umbach hält es für wichtig, „Rahmenbedingungen zu schaffen, damit sich unterschiedliche Alternativen entwickeln können. Denn nur wenn man verschiedene Möglichkeiten untersucht hat, weiß man, welche Optionen wir in Zukunft benötigen und uns leisten können“. Die Jahrhundertaufgabe „Energiewende“ braucht schließlich langfristige Perspektiven.


X

Sie verwenden einen sehr alten Browser.

Um diese Website in vollem Umfang nutzen zu können, installieren Sie bitte einen aktuellen Browser.
Aktuelle Browser finden Sie hier