Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Power-to-Gas: Erdgasinfrastruktur als Energiespeicher - Ein Lösungsansatz zur Speicherproblematik

28.11.2011
Gemeinsame Pressemitteilung von Bundesnetzagentur und Fraunhofer IWES
Vielversprechender Ansatz zur Lösung der Speicherproblematik
Workshop von Bundesnetzagentur und Fraunhofer-Institut IWES in Berlin
Über den Beitrag des Gasnetzes zur Speicherung erneuerbarer Energien diskutierten in Berlin Experten aus Unternehmen und Verbänden der Energiewirtschaft, aus Wissenschaft, Politik und Verwaltung. Die Bundesnetzagentur und das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Kassel hatten zu einem Workshop zum Thema „Power-to-Gas“ eingeladen.

Der Begriff Power-to-Gas steht für ein Konzept, bei dem überschüssiger Strom dazu verwendet wird, per Wasserelektrolyse Wasserstoff zu produzieren und bei Bedarf in einem zweiten Schritt unter Verwendung von Kohlendioxid (CO2) in synthetisches Methan umzuwandeln. Als Speicher für dieses Methan und bis zu einem gewissen Volumenanteil auch des elementaren Wasserstoffs könnte die bestehende Erdgasinfrastruktur, also das Gasnetz mit den angeschlossenen Untertagespeichern, verwendet werden.

„Die Idee, Wasser mittels Elektrolyse in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, ist nicht neu. Sie hat aber vor dem Hintergrund der Energiewende mit der Umstellung auf größtenteils fluktuierende erneuerbare Energien an Bedeutung gewonnen. Denn neben dem Netzausbau und einem intelligenten Last- und Erzeugungsmanagement wird erheblich mehr Speicherkapazität notwendig sein, um die Fluktuation von Sonneneinstrahlung und Wind bei der Stromerzeugung ausgleichen zu können. Für den kurzzeitigen Ausgleich sind Pumpspeicherkraftwerke eine gute Lösung. Deren Kapazität in Deutschland ist jedoch begrenzt. Die Langzeitspeicherung ist deshalb eine große Herausforderung für die Transformation der Energieversorgung“, erläuterte Matthias Kurth, Präsident der Bundesnetzagentur, die Bedeutung des Themas.

Ein vielversprechendes Konzept hat das Fraunhofer IWES zusammen mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) erarbeitet. „In zukünftigen Energiesystemen werden Wind- und Solarkraftwerke den Hauptbeitrag bei der Stromversorgung leisten. Unsere Simulationsrechnungen zeigen, dass für eine Vollversorgung mit erneuerbaren Energien bei Windflaute und geringer Sonneneinstrahlung wie im Winter bis zu zwei Wochen zu überbrücken sind. Für den Ausgleich längerfristiger Schwankungen im Bereich von Tagen oder Wochen lassen sich nur chemische Speicher auf der Basis von Wasserstoff, Methan oder anderen Gasen bzw. Flüssigkeiten verwenden“, sagte Prof. Dr. Jürgen Schmid, Leiter des Fraunhofer IWES.

Die Beiträge der Referenten aus Wissenschaft und Wirtschaft und die Podiumsdiskussion zwischen Vertretern aus Politik, Verbänden, Behörden und Unternehmen machten das Vermarktungspotential des „grünen“ Erdgases deutlich. Es reicht von der Rückverstromung des Gases über den Einsatz in der Kraft-Wärme-Kopplung bis hin zur Nutzung im Mobilitätssektor.

Die Vorträge der Referenten stehen in Kürze auf den Homepages der Bundesnetzagentur und des Fraunhofer IWES zur Verfügung.

Speicherungsmöglichkeiten von Überschuss-Energie mit Wasserstoff oder Methan – ein Vergleich

In zukünftigen Energiesystemen leisten Wind- und Solarkraftwerke den Hauptbeitrag bei der Stromversorgung. Dabei müssen große Schwankungen bei der Stromerzeugung ausgeglichen werden. Für den kurzfristigen Ausgleich im Bereich einiger Stunden eignen sich dafür Pumpspeicherkraftwerke, wie sie heute schon weltweit eingesetzt werden. Ihr Wirkungsgrad liegt bei etwa 80 Prozent.

Für den Ausgleich längerfristiger Schwankungen im Bereich von Tagen oder Wochen lassen sich nur chemische Speicher auf der Basis von Wasserstoff, Methan oder anderen Gasen bzw. Flüssigkeiten verwenden. Dabei wird im ersten Schritt mit Hilfe der Elektrolyse Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Im Wasserstoff stecken dann etwa 70 Prozent der Stromenergie, der Rest steht als Abwärme zur weiteren Nutzung zur Verfügung. In den meisten Fällen wird diese Abwärme jedoch nicht genutzt. Aus Wasserstoff kann dann wieder mit Hilfe von Brennstoffzellen Strom erzeugt werden. Bei dieser Umwandlung entsteht etwa 60 Prozent Strom und 40 Prozent Wärme, die z.B. für Heizzwecke genutzt werden kann. Damit lässt sich ein Speicher realisieren, der aus 100 Prozent Strom wieder etwa 40 Prozent Strom abgeben kann. Der Rest ist jedoch nicht verloren, wenn die Abwärme sowohl bei der Wasserstoff-Herstellung als auch bei der Rückverstromung sinnvoll genutzt wird.

Für Wasserstoff existiert jedoch heute noch keine Infrastruktur in Form von Gasnetzen bzw. Speichern und auch keine Verbraucher wie z.B. Kraftwerke. Bis zu einem geringen Prozentanteil lässt sich jedoch Wasserstoff mit Erdgas mischen und in der heutigen Erdgaswelt nutzen. Speziell ausgestattete Automotoren können z.B. über Wasserstoff-Tankstellen direkt mit Wasserstoff betankt werden. Bei höheren Anteilen von Wasserstoff im Erdgas ändern sich jedoch die Verbrennungseigenschaften. Dies macht eine spezielle Anpassung der Verbraucher erforderlich. Diese Probleme können umgegangen werden, wenn der Wasserstoff über einen weiteren Umwandlungsschritt in Methan (daraus besteht Erdgas) umgewandelt wird. Damit steht diesem Produkt die gesamt Erdgaswelt (Gasnetze, Gasspeicher, Erdgas-Autos, Heizgeräte, Blockheizkraftwerke, Gaskraftwerke) zur Verfügung.

Dies ist der Weg, den Fraunhofer IWES in Kassel und ZSW in Stuttgart verfolgen. Bei der Umwandlung von Wasserstoff in Methan werden zwar etwa 10 Prozent der im Wasserstoff enthaltenen Energie in Form von Wärme frei, die sich ebenso nutzen lässt, wie die Abwärme bei der Kraft-Wärme-Kopplung. Der Schritt über die Methanisierung erspart also den Aufbau einer speziellen Wasserstoff-Infrastruktur.

Betrachtet man also nur den Strom, lässt sich aus der Wasserstofferzeugung und der Rückverstromung ca. 42 Prozent Strom zurückgewinnen. Mit einer zusätzlichen Methanproduktionsstufe kämen noch einmal 10 bis 15 Prozent Wärmeverluste hinzu. Damit ließen sich 36 bis 38 Prozent Strom zurückgewinnen. Wird die bei der Umwandlung anfallende Wärme jedoch genutzt, ergeben sich Energienutzungsgrade von ca. 80 Prozent für beide Verfahren.

Neben der Rückverstromung des Gases bietet es sich auch für den Mobilitätssektor als Erdgasersatz an. Auch die Vermarktung von „grünem“ Erdgas für den Einsatz in Kraft-Wärme-Kopplungs-Aggregaten sowie Wasserstoff als Grundstoff für die Industrie sind nur einige von vielen denkbaren Marktchancen.

Prof. Dr. Jürgen Schmid, Leiter des Fraunhofer IWES, Kassel
Kontakt: 0561/7294-345; juergen.schmid@iwes.fraunhofer.de

Maurice Müller | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.iwes.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Seminare Workshops:

nachricht Workshop Aufbau-und Verbindungstechnik, 18.10.2017 in Hannover
20.07.2017 | PhotonicNet GmbH Kompetenznetz Optische Technologien

nachricht Blick Richtung Zukunft: Optische Sensoren im Kfz!
06.07.2017 | Haus der Technik e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Seminare Workshops >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie