Power-to-Gas: Nischentechnologie oder Treiber der Energiewende?

Autoren: Marion Schulte und Marcel Wiehle

Wird im Rahmen der Energiewende von Speichertechnologien gesprochen, dann ist das Thema Power-to-Gas meist nicht weit entfernt. Obwohl dieser Technologie eine maßgebliche Rolle in der Mitgestaltung der Energiewende zugesprochen wird und sie auch zahlreiche Handlungsfelder mit sich bringt, ist eine flächenweite Etablierung noch in weiter Ferne. 

Für eine erfolgreiche Energiewende mit dem Ziel einer nachhaltigen Energieversorgung sind die drei Sektoren Strom, Wärme und Verkehr separat, aber vor allem auch im Verbund zu berücksichtigen. Die Kopplung dieser Sektoren kann dabei nur durch die Einbindung innovativer Technologien in den Sektorschnittstellen gelingen, die beispielsweise eine effiziente Umwandlung von Energie oder die Speicherung verschiedener Energieformen ermöglichen. Eine dieser vielversprechenden Schnittstellentechnologien stellt Power-to-Gas dar, bei der elektrischer Strom in Wasserstoff transformiert wird. 

Doch wie funktioniert das technische Konzept Power-to-Gas? 

Die Power-to-Gas Technologie basiert auf einem emissionsfreien Elektrolyseverfahren, das elektrischen Strom verbraucht, um Wassermoleküle in ihre Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Der Wasserstoff stellt dabei bereits das erste Endprodukt dar und kann unter anderem direkt in das Gasnetz eingespeist werden. Alternativ wird in einem weiteren Prozessschritt durch eine chemische Reaktion Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid angereichert, sodass Methan als ein weiteres Endprodukt entsteht. Die erzeugten Energieträger Wasserstoff und Methan bringen jeweils erfolgsversprechende Anwendungsbereiche in der „neuen“ Energiebranche mit sich.  

Handelt es sich tatsächlich um einen emissionsfreien Prozess? 

Bevor die jeweiligen Anwendungsbereiche thematisiert werden, gilt es, die Eigenschaft der Emissionsfreiheit von Power-to-Gas kritisch zu betrachten, da diese natürlich nur unter gewissen Voraussetzungen gewährleistet werden kann. Bei Betrachtung des Gesamtprozesses wird schnell deutlich, dass die Emissionsmenge unter anderem von dem verbrauchten Strom abhängt, der die Grundlage für Power-to-Gas darstellt. Bei dem Verfahren kann es sich daher nur um einen emissionsfreien Prozess handeln, wenn der verbrauchte Strom zuvor aus erneuerbaren Energien erzeugt wurde. Dennoch hat die Methanisierung, unabhängig von der Erzeugungsart des Stroms, einen positiven Einfluss auf die Emissionsbilanz, da in dem chemischen Prozess CO2 für die Erzeugung von Methan verbraucht wird. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Eigenschaft der Emissionsfreiheit bei Verwendung von grünem Strom gegeben ist, sie aber für die Power-to-Gas Technologie nicht verallgemeinert werden kann. 

Es gibt zahlreiche Handlungsfelder in unterschiedlichen Bereichen, deren Umsetzung jedoch unter den aktuellen Voraussetzungen noch sehr schwierig sind.

Mögliche Handlungsfelder finden sich in vielen Bereichen wieder. Neben der Möglichkeit der reinen Energiespeicherung schafft diese Technologie ebenfalls einen Flexibilitätsfaktor im Energiesystem. Durch sie können sowohl Wasserstoff als auch Methan zeit- und ortsunabhängig wieder rückverstromt werden. Genau an dieser Stelle wird allerdings ersichtlich, warum diese Technologie noch keine entsprechende Rolle in der Energiewende eingenommen hat. Der Wirkungsgrad für die Herstellung von Wasserstoff und Methan sowie die spätere Rückverstromung beträgt technologieabhängig nur ca. 40 – 50%. Für die Steigerung des Wirkungsgrads wurden zwar diverse Verfahren weiterentwickelt, die aber alle noch keinen wirtschaftlichen Wirkungsgrad hervorbringen konnten. 

Allerding stellt Power-to-Gas in Ergänzung zu gängigen Kurzfristspeichern eine Alternative für Langfristspeicher im Netz dar. Dies ist vor allem für die anstehende Abschaltung von Atom- und Kohlekraftwerken nicht unerheblich, gerade in Bezug auf sogenannte Dunkelflauten (Phasen in denen der Energiebedarf nicht durch Strom aus erneuerbaren Energien gedeckt werden kann). Nicht zuletzt kann das erzeugte Methan als Substitut für fossile Gase genutzt werden, um ausgehend von der Wärmeversorgung die Sektorkopplung voranzutreiben. Voraussetzung dafür wäre, dass ausreichend grüner Strom erzeugt wird, sodass neben dem Stromsektor auch der Wärmesektor davon gespeist werden kann. 

Die Power-to-Gas Technologie bringt ein großes Potentialfeld mit sich, wird dabei aber gleichzeitig an vielen Fronten mit Themen wie ausbleibender Wirtschaftlichkeit, fehlender Regulatorik und hohen Investitionskosten konfrontiert. Noch stellen thermische Kraftwerke und andere fossile Backup-Optionen im Vergleich deutlich wirtschaftlichere Alternativen dar. Das hat zur Folge, dass Power-to-Gas ohne politische Unterstützung und entsprechendem regulatorischen Druck die erhoffte Rolle in der Energiewende nicht aus eigener Kraft einnehmen kann.