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AEE Renews Spezial - Energiespeicher

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Technologien und ihre Bedeutung für die Energiewende

10 RENEWS SPEZIAL RENEWS

10 RENEWS SPEZIAL RENEWS SPEZIAL 11 umgewandelt werden, das chemisch die gleichen Eigenschaften hat wie fossiles Erdgas und Biomethan. Es hat den Vorteil, dass es quasi unbegrenzt in den bestehenden Gasnetzen und -speichern gelagert und transportiert sowie in herkömmlichen Gasheizungen oder Erdgasautos genutzt werden kann. Nachteile sind der bei der Methanisierung anfallende zusätzliche Energieaufwand sowie die damit verbundenen Kosten. Mit Power-to-Liquids (PtL) werden verschiedene chemische Prozesse bezeichnet, die mithilfe von Strom synthetische Flüssigkraftstoffe produzieren. Eine Möglichkeit ist dabei die Produktion verschiedener Kohlenwasserstoffe per Fischer-Tropsch-Synthese. Durch die Verflüssigung von Synthesegasen entstehen Kraftstoffe mit den gleichen chemischen Zusammensetzungen wie Benzin oder Diesel. Der große Vorteil ist, dass bestehende Fahrzeugtechniken, Speicher und Tankstelleninfrastrukturen weiter genutzt werden können. PRAXISBEISPIEL Im Projekt SOLETAIR arbeitet eine Ausgründung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mit finnischen Partnern zusammen und produziert weltweit erstmalig synthetischen Kraftstoff über den Weg der Fischer-Tropsch-Synthese mithilfe von Strom aus Photovoltaik und Kohlendioxid aus der Luft. Die mobile Pilotanlage hat eine Produktionskapazität von bis zu 80 Liter Benzin am Tag und passt in einen Schiffscontainer9. Gemeinsam ist den per PtG oder PtL gewonnenen chemischen Energieträgern, dass sie sich im Rahmen der vorhandenen Erdgas- und Mineralölinfrastruktur gut speichern und später vielseitig nutzen lassen. Sie können in Kraftwerken wieder zur Stromerzeugung eingesetzt werden oder als Kraftstoff im Verkehr, als Rohstoff in der Industrie oder für die Wärmeversorgung. PtX koppelt den Strom- mit dem Wärme-, Industrie- und Verkehrssektor und bietet mit seiner hohen Energiedichte eine Alternative für Verbrennungsmotoren, z.B. für den Schwerlast-, Flug- oder Schiffsverkehr. Großer Nachteil ist, dass die Herstellungsverfahren für strombasierte Brennstoffe derzeit alle noch mit einem hohen technischen Aufwand, einem erheblichen Energieeinsatz bzw. hohen Energieverlusten und entsprechend hohen Kosten verbunden sind. Eine direkte Nutzung von Strom aus Erneuerbaren Energien ist daher aus der Perspektive der Energieeffizienz vorteilhafter. Dennoch gelten chemische Speicher als für das Energiesystem langfristig notwendige und unter Berücksichtigung der gesamten Infrastruktur kosteneffiziente Ausgleichsmöglichkeit. In Studien mit ehrgeizigen Klimaschutzzielen und entsprechend wenig fossilem Erdgas wird PtG für den Energiesektor ab etwa 2030 unabdingbar10. Wie Power-to-Gas funktioniert Wie Power-to-Gas funktioniert HOHES STROMANGEBOT Der zunehmende Ausbau von Windenergie und Photovoltaik sorgt an sonnigen und windigen Tagen für ein hohes Stromangebot, das auch zur Erzeugung synthetischer Gase genutzt werden kann. STROM ELEKTROLYSE Mithilfe von elektrischem Strom wird bei der Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. So wird ein Teil der elektrischen Energie chemisch in Form von Wasserstoff gespeichert. WASSERSTOFF WASSERSTOFFSPEICHER Gasförmiger Wasserstoff wird unter hohem Druck, flüssiger Wasserstoff bei sehr niedriger Temperatur gespeichert. Das bedeutet einen hohen Material- und Energieaufwand. WASSERSTOFF/METHAN STROM UND WÄRME Wasserstoff und Methan können in Blockheizkraftwerken (BHKW) oder anderen Gas(-heiz)-kraftwerken sowie Brennstoffzellen bei Bedarf wieder zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. Die gesamte Wirkungskette ist jedoch mit erheblichen Energieverlusten verbunden. INDUSTRIE WASSERSTOFF Industrieprozesse haben einen Anteil von ca. 7 Prozent am gesamten Treibhausgasausstoß in Deutschland. Allein bei der Produktion von Rohstahl werden rund 50 Mio. Tonnen CO₂ ausgestoßen: Das EUgeförderte Projekt Green Industrial Hydrogen, bei dem acht Partner aus Deutschland, Italien, Spanien, Finnland und Tschechien mitwirken, will Industrieprozesse klimaschonender gestalten. Der Schlüssel hierfür: ein Hochtemperatur Elektrolyseverfahren. Zum einen können Industriebetriebe mit diesem Verfahren durch Wärmerückgewinnung ihre Effizienz steigern. Zum anderen kann der für Industrieprozesse wichtige Rohstoff „Wasserstoff“ mit METHANISIERUNG Bei der Methanisierung wird der elektrolytisch hergestellte Wasserstoff unter Zugabe von Kohlendioxid (CO₂) zu Methan weiterverarbeitet. Das so produzierte synthetische Methan entspricht chemisch fossilem Erdgas und lässt sich einfacher speichern, transportieren und nutzen als Wasserstoff. GASNETZ Wasserstoff kann bis zu einem Anteil von ca. 5 Prozent ins bestehende Erdgasnetz eingespeist werden. Für synthetisches Methan steht praktisch die gesamte Speicherkapazität des Erdgasnetzes zur Verfügung. Das sind in Deutschland etwa 200 Milliarden Kilowattstunden und entspricht dem landesweiten Stromverbrauch in vier Monaten. STROM WÄRME MOBILITÄT METHAN KRAFTSTOFF Wasserstoff und Methan können in technisch entsprechend ausgestatteten Tankstellen und Fahrzeugen als Kraftstoff eingesetzt werden. Erneuerbaren Energien klimaschonend bereitgestellt werden, zum Beispiel für den: • Chemiesektor: Wasserstoff bildet das Molekül bei der Produktion von Ammoniak, Methanol und Produkten auf Basis von Petroleum. • Stromsektor: Wasserstoff wird zur Kühlung großer Generatoren eingesetzt. STROM POWER-TO-GAS SPEICHERUNG GASNUTZUNG • Stahlsektor: : Wasserstoff stellt im Prozess eine sichere Atmosphäre her, schließt Sauerstoff aus und verhindert so eine Oxidation des Stahls während des Glühprozesses. Quelle: eigene Darstellung Quelle: Eigene Darstellung, Stand: 2019 ©2019 Agentur für Erneuerbare Energien e.V. 9 KIT: Power-to-Liquid: 200 Liter Sprit aus Solarstrom und dem Kohlenstoffdioxid der Umgebungsluft. 2017 10 Ecofys: Metaanalyse aktueller Studien zum Thema „Sektorenkopplung“. 2018. S. 40/41

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