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Power to Gas – ein Hype?

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“Power to Gas” wird heute von einigen Stimmen als eine Schlüsseltechnologie von entscheidender Bedeutung für die Energiewende dargestellt. Ist diese Vorstellung fundiert, oder handelt es sich um einen nutzlosen oder gar schädlichen Hype?

Dass die Technologie “Power to Gas” von vielen stürmisch begrüßt wird, lässt sich folgendermaßen nachvollziehen:

Die Argumentation für Power to Gas erscheint auf den ersten Blick schlüssig. Auf den zweiten Blick aber zeigt sie schwere Lücken.

Auf dieser Basis erscheint der Schluss, dass wir Power to Gas unbedingt brauchen – nicht sofort, aber z. B. in 20 Jahren – für viele unausweichlich.

Wie sind die Energieverluste zu bewerten?

Offenkundig müssen zusätzlich zu den oben präsentierten Überlegungen auch die Nachteile des vermeintlichen Lösungsansatzes analysiert werden. Das Kernproblem stellen hier die enormen Energieverluste dar, die bei der Wasserstoffherstellung durch Elektrolyse, bei der Methanisierung und bei der Rückverstromung in Gaskraftwerken auftreten. Wird elektrische Energie so zur Gaserzeugung genutzt und dieses dann wieder verstromt, hat man am Ende nur noch rund ein Drittel der ursprünglich eingesetzten Energie übrig. Das hat aber Folgen:

Wegen der hohen Energieverluste würde eine breite Nutzung von Power to Gas zwangsläufig sehr teuer für die Volkswirtschaft – selbst wenn die Anlagen dafür gratis wären.

Somit ist schon mal klar, dass man mit Power to Gas von einer befriedigenden Lösung des Problems, das den Ansatz motivieren soll, weit entfernt ist. Man sollte also danach nur dann greifen, wenn es sicher keine bessere Lösung gäbe. Die Suche nach einer solchen (siehe unten) scheinen die meisten Proponenten allerdings zu versäumen.

Das Dilemma der Anlagenauslastung

In der Regel stellt man sich den Einsatz von Power to Gas so vor, dass man damit gezielt Überschüsse z. B. von Windstrom verwertet. Dies ist aber wirtschaftlich höchst problematisch, weil die Elektrolyseure und die Methanisierungsanlagen dann niedrig ausgelastet sind, wodurch die Anlagekosten pro umgesetzter Kilowattstunde sehr stark zu Buche schlagen.

Zweigt man aber, um dieses Problem zu vermeiden, ständig einen Teil der erneuerbaren Erzeugung für Power to Gas ab, nutzt man nicht mehr im Wesentlichen nur überschüssige Energie. Also muss noch mehr Energie erzeugt werden, als es schon aufgrund der hohen Energieverluste der Fall ist. Es bleibt ja dann wiederum überschüssige Energie ungenutzt, d. h. das ursprünglich angepeilte Ziel (Überschüsse einspeichern und später nutzen) wird gar nicht erreicht.

Was gibt es denn für Alternativen?

Lastmanagement

Lastmanagement wäre eine wichtige Ergänzung – aber eben auch mit begrenztem Potenzial.

Ein verstärktes Lastmanagement könnte die Nachfrage nach elektrischer Energie elastischer machen, so dass sie sich den jeweiligen Erzeugungsmöglichkeiten besser anpassen könnte. Allerdings sind die kostengünstig realisierbaren Maßnahmen beschränkt – sowohl im Volumen als auch in den Zeiträumen. Damit längere Starkwind- oder Schwachwindphasen zu überstehen, wäre wohl zu aufwändig. Allerdings würde man, wenn Power to Gas die einzige Alternative wäre, das Lastmanagement wohl so weit wie irgend möglich ausreizen – mit entsprechenden Kosten.

Andere Speichertechnologien?

Eine Wundertechnologie für große Speicher ist nicht erkennbar.

Wie oben bereits erwähnt, dürfte es kaum möglich sein, auf andere Art Speicherkapazitäten von Dutzenden von Terawattstunden in Deutschland zu erträglichen Kosten zu schaffen. Für Pumpspeicherkraftwerke gibt es dafür viel zu wenig gute Standorte, und für Druckluftspeicherkraftwerke gilt Ähnliches. Auch wenn die Energieverluste hier viel geringer sind.

Wasserstoff zu erzeugen, zu speichern und mit Brennstoffzellen bei Bedarf wieder zu verstromen, wäre im Prinzip auch eine Möglichkeit – eine Variante von Power to Gas, die die Methanisierung vermeidet, dafür aber die großen Kapazitäten für die Erdgasspeicherung nicht nutzbar macht. Man müsste separate Wasserstoffspeicher aufbauen – das ist immerhin denkbar. Die Energieverluste wären deutlich geringer als mit dem Weg über Methan, aber immer noch sehr groß.

Vielleicht werden noch neue Technologien gefunden, die große Speicher zur Verfügung stellen können, aber das ist derzeit recht unsicher.

Ein europäisches Supergrid!

Brauchen wir überhaupt riesige Stromspeicher? Nicht mit einem europäischen Supergrid!

Der große Bedarf an Energiespeichern ist nicht etwa naturgesetzlich gegeben, sondern wird von einer oben gesetzten Prämisse massiv vergrößert: von der Forderung nach weitgehender Autarkie der deutschen Stromversorgung. Zur Zeit wird diese schon dadurch erzwungen, dass es nur sehr begrenzte Kuppelkapazitäten zu den Stromnetzen anderer Länder gibt. Jedoch würde sich die Lage durch ein europäisches Supergrid auf der Basis von Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) stark ändern: Der Stromaustausch über tausende von Kilometern wäre mit ziemlich geringen Verluste möglich – und dies zu ohne Weiteres tragbaren Kosten. Wie im Lexikon-Artikel über das Supergrid genauer erklärt wird, könnten damit nun wichtige Vorteile erzielt werden:

  • Die Stromerzeugung mit erneuerbaren Energien könnte effizienter, billiger und landschaftlich weniger störend an den optimalen Standorten erfolgen – teils eben auch weiter weg, z. B. in Südeuropa oder Nordafrika, oder für Wind auch in Großbritannien.
  • Da die Stromerzeugung regional sehr viel diversifizierter wäre, würden sich die Fluktuationen (auch die des Verbrauchs) viel stärker ausmitteln – der Bedarf für Speicher wäre also viel geringer.
  • Bereits vorhandene große Wasser-Speicherkraftwerke in Norwegen, die auch für die Pumpspeicherung noch weiter ausgebaut werden könnten, würden eingebunden und damit viel nützlicher als bisher.
  • Das Problem der Energieverluste wäre minimiert.

Eine weitgehend autarke Versorgung für Deutschland gäbe es so freilich nicht mehr. Man muss freilich fragen, warum eine Autarkie im Strombereich so dringend notwendig ist, nachdem wir sie in vielen anderen Bereichen längst aufgegeben haben, weil die Kosten dafür schlicht zu hoch wären.

Gas aus Windstrom für Autos und Heizungen?

Nun wird auch vorgebracht, Power to Gas wäre gleichzeitig eine Möglichkeit, die Energiewende auch in den Sektoren Wärme und Mobilität voranzubringen – was ist hiervon zu halten?

Brauchen wir Power to Gas, um die Energiewende bei Wärme und Mobilität zu schaffen?

Natürlich kann man EE-Gas sowohl in Gasheizungen als auch in Erdgasfahrzeugen einsetzen, um Erdgas zu verdrängen. Andererseits würde dies für die nächsten Jahrzehnte wenig helfen: Das Problem ist ja gar nicht, eine Anwendung für die Substitution von Erdgas zu finden, solange Erdgas dermaßen weit verbreitet eingesetzt wird. Der Anteil der Erdgasfahrzeuge am Fahrzeugpark wird sicher nicht dadurch limitiert, dass zu wenig Gas vorhanden wäre. Und bei Gasfeuerungen ließe sich Gas effizienter und billiger ersetzen, wenn die Stromüberschüsse direkt mit Elektroheizstäben in Wärme verwandelt würden – dort, wo die Wärme sonst mit Gas oder Heizöl erzeugt würde. Die zuletzt genannte Lösung – Power to Heat – hat nur die eine Einschränkung, dass die Wärme zwingend in dem Moment anfällt, wo es Stromüberschüsse gibt. Das ist aber gar kein Problem, solange noch vielerorts täglich Gas und Öl verbrannt werden. Zudem lässt sich Wärme ggf. leichter zwischenspeichern als Strom.

Allenfalls sehr langfristig könnte man sich vorstellen, dass die Erdgasförderung stark zurückgeht – wegen Verknappungen oder als Klimaschutzmaßnahme – und man dann den verbleibenden Bedarf mehr und mehr mit EE-Gas (aus Power to Gas) deckt. Auch die Erzeugung flüssiger Kraftstoffe aus EE-Gas wäre eine Möglichkeit. Das ist aber alles noch sehr weit weg – bestimmt etliche Jahrzehnte. Also gewiss kein Anlass, in näherer Zukunft Elektrolyseanlagen und Methanisierungsanlagen zu bauen. Warten wir mal ab, wie viel andere Lösungsbeiträge bis dann bringen können – etwa Wärmepumpen oder Elektroautos.

Was ist heute zu tun? Subventionen für Power to Gas einführen?

Für einen schnellen Einstieg in Power to Gas gibt es keinerlei Anlass!

Nachdenken – auch über Power to Gas – wird kaum schaden. Eine ganz andere Frage ist aber, ob wir heute ein Subventionsprogramm aufsetzen sollten, um die baldige großflächige Einführung dieser Technologie zu erreichen? Wie gezeigt besteht ein akuter Bedarf für Power to Gas bislang überhaupt nicht. Falls wir versäumen, in den nächsten Jahrzehnten ein europäisches Supergrid aufzubauen, könnte es in 20 Jahren anders sein: Mehr und mehr Überschüsse von Windstrom könnten anfallen. Erst wenn diese auch mit Power to Heat nicht mehr genutzt werden könnten, wäre Power to Gas vielleicht wünschenswert. Man würde dann aber sicher nur wenige Jahre brauchen, um die Elektrolyse- und Methanisierungsanlagen zu bauen. Und die Technologie dafür ist bereits verfügbar; gewisse Optimierungen sind innerhalb von 20 Jahren ganz problemlos möglich, ohne jede Eile.

Man muss sich also fragen, warum einzelne Stimmen die Sache so forcieren möchten. Haben sie die Lage einfach noch nicht richtig erfasst, oder verfolgen Sie etwa irgendwelche Partikularinteressen? Denkbar sind solche schon:

Was steckt hinter der Euphorie? Mangelnde Kenntnisse oder versteckte Interessen?

Jedenfalls sollte aber der Einsatz mancher Experten z. B. aus der Forschung oder aus der Gaswirtschaft für Power to Gas nicht darüber hinweg täuschen, dass Subventionen hierfür für absehbare Zeit überhaupt nicht angebracht wären, und dass eine massiv ausgeweitete Forschung dazu überhaupt nicht notwendig ist. Das Kernproblem des miserablen Zyklenwirkungsgrads, der eine große Energieverschwendung bewirken würde, wäre damit ohnehin kaum zu entschärfen.

Übrigens ist keineswegs so, dass alle Experten begeistert auf Power to Gas reagieren. Und selbst Forscher wie Prof. Michael Sterner (Regensburg), der sich maßgeblich mit der Technologie befasst hat, unterstützen Forderungen nach Aktionismus nicht, sondern empfehlen ein ruhiges, überlegtes Vorgehen.

Wichtig: nicht von besseren Lösungen ablenken lassen!

Fazit: Ob Power to Gas jemals zu einer Schlüsseltechnologie wird, die als ein “Eckstein für die Energiewende” dringend benötigt ist, ist alles anderes als klar. Es ist nicht mehr und nicht weniger als eine von mehreren Optionen, die man im Kopf behalten sollte. Begründeten Anlass für Aktionismus gibt es hier aber nicht. Dagegen wäre die Entwicklung konkreter Pläne für ein europäisches Supergrid, welches wirklich ganz entscheidende Lösungsbeiträge liefern könnte, sehr wichtig. Die Gefahr eines andauernden Hypes in Form von “Power to Gas” besteht wohl in erster Linie daran, dass dies von besseren Lösungen ablenkt.

Siehe auch: Power to Gas, Energiespeicher, Energiewende, Lastmanagement, Supergrid

Kommentare von Lesern

14.08.2016, jogi54 (Dipl. Ing. el TU)

1. Ohne die WKA/PV wäre die “Residuallast” um ein vielfaches höher???

2. Power2Gas und Wiederverstromung mittels Gasturbinen ist um ein Vielfaches preiswerter als früher (vor 35 Jahren) die Schnellstartgasturbinenen, deren Strom ca. das 25–50-fache (1-2 DM/kWh) der Grundlast (0,04 DM/kWh) gekostet haben. Ein Erdgaspreis von 0,30 €/kWh und ein Spitzenlastpreis für Strom von 0,40 €/kWh bei einem unsubventionierten Grundlastpreis von 0,10 €/kWh wäre sehr preisgünstig.

3. Die Speicherkapazität der Erdgasleitungen und Gasspeicher in D entspricht umgerechnet ungefähr dem Energieverbrauch von vier Wintermonaten. Eine solch große Reserve EEN erzeugter Energie würde eine sehr beruhigende Reserve für eine fossilfreie Zeit sein.

4. Auch in einer Zeit ohne fossile Energien wird ein hochkalorischer Brennstoff von der Industrie benötigt werden - Erdgas wird immer benötigt werden, z.B. auch zum Betrieb von Müllverbrennungsanlagen für das Anfahren und zur Einhaltung der 850 °C. Somit besteht geradezu eine zwingende Notwendigkeit, P2G Erdgas zu erzeugen, wenn man eine fossilfreie Energieerzeugung anstrebt.

5. Bei den fossilen Kraftwerken haben und hatten wir immer größere Überkapazitäten, um Ausfälle, Störungen und Stillstände ohne Einschränkungen zu überstehen. Die Reserven stehen normalerweise, wenn kein Bedarf ist, wurden aber immer auch mit finanziert.

Bei WKA/PV ist ein Umdenken gefordert. Alle verfügbaren Anlagen sollten auch in Betrieb sein, die Überschüsse mit P2G gespeichert werden.

Da synthetisches Erdgas in einer fossilfreien Zeit sowieso gebraucht werden wird, wäre es ein grober Fehler, sich nicht schon heute mit der Optimierung dieser Technologie zu befassen.

Überschüsse an H2 und Erdgas können ggf. auch extern verkauft werden.

MfG J. Freyer

Antwort vom Autor:

Zu 1.: Ja, ohne Wind- und Solarstrom hätten wir eine höhere Residuallast.

Zu 2.: Für kleine Strommengen, die etwa nur in seltenen Notsituation benötigt werden, sind solche Preise völlig in Ordnung.Wenn es aber darum gehen sollte, mit solchen Methoden im größeren Umfang beispielsweise Stromüberschüsse vom Sommer in den Winter zu retten, geht das so nicht mehr. Ob bzw. unter welchen Umständen mit PtG 0,40 €/kWh möglich wären, wäre auch noch zu prüfen.

Zu 3.: In der Tat ist die große bereits bestehende Speicherkapazität ein starkes Argument für Power to Gas – was leider nichts an diversen schwerwiegenden Nachteilen ändert, die dagegen sprechen: Insbesondere gibt es die hohen Kosten und die hohen Energieverluste.

Zu 4.: Das ist richtig. Langfristig gesehen dürfte Power to Gas für solche Dinge eine wesentliche Rolle spielen. Allerdings wird man sehen müssen, in welchem Umfang man solches Gas bei entsprechend höheren Preis noch einsetzen wird (anstatt es beispielsweise durch verbesserte Technologien wesentlich effizienter zu nutzen). Außerdem macht es wenig Sinn, dies bereits zu einer Zeit zu praktizieren, in der gleichzeitig noch viel Gas verstromt wird.

Zu 5.: Selbstverständlich können und müssen gewisse Reserven immer betrieben und finanziert werden. Nur muss man eben sehen, welche Arten von Reserven in welchem Umfang sinnvoll und bezahlbar sind.

Keineswegs würde ich dagegen plädieren, diese Technologie bereits jetzt genauer anzusehen und zu optimieren. Jedoch warne ich vor diversen Fehlern, die manche zurzeit machen. Insbesondere sollte man nicht davon ausgehen, dass man mit PtG ja bereits eine prima Lösung hat, und darüber diverse andere Dinge vernachlässigen – vor allem den Ausbau der Stromnetze (um den kommenden Bedarf an Speicherkapazitäten massiv zu reduzieren) und die Verbesserung der Energieeffizienz. Beispielsweise wäre es sehr ungünstig, an einem Ort Stromüberschüsse mit PtG zu verwerten, während anderswo ein Gaskraftwerk das Umgekehrte tun muss, nur weil die Leitungskapazitäten zwischen den beiden Orten nicht ausreichen.

Zum jetzigen Zeitpunkt kann es nicht darum gehen, möglichst bald große Kapazitäten für PtG aufzubauen, sondern nur deren Möglichkeiten genau zu prüfen (ggf. auch mit kleinen Pilotprojekten) und sinnvolle Konzepte zu entwickeln, in denen PtG eine Rolle spielen könnte. Auch sollte man vermeiden, der Öffentlichkeit den falschen Eindruck zu vermitteln, es könne beim Verbrauch alles so bleiben wie früher, da ja clevere Forscher schon für alles irgendwie Lösungen finden. Hierfür ist es nötig, auch die Grenzen neuer Ideen und Entwicklungen verständlich aufzuzeigen – was ich hier versucht habe.

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