Bei Barcelona steht eine Pilotanlage, deren Aufgabe es ist, Erdgas synthetisch herzustellen, und zwar aus den Zutaten: Kohlendioxid und Windstrom. Damit schlägt die Anlage gleich zwei Fliegen mit einer Klappe: Überschüssige Windenergie wird verwendet beziehungsweise in besonderer Form gespeichert und gleichzeitig wird dabei einer Kläranlage klimaschädliches Kohlendioxid entzogen. Das Zauberwort dahinter heißt „Power-to-Gas“.
Bei dem hier realisierten Power-to-Gas-Verfahren geht es darum, bei großem Stromaufkommen durch Photovoltaik- oder Windkraftanlagen die elektrische Energie zur Erzeugung von Methan aus CO2 zu verwenden. Das Herzstück dieser Anlage wurde von INERATEC entwickelt, das ist ein sogenanntes Spin-off-Unternehmen, das sich aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) rekrutiert hat.
Erdgas besteht aus Wasserstoff und Kohlendioxid
Wenn man das weiß, besteht kein Grund, eine Million Jahre zu warten, bis sich das Erdgas in geologischen Fallen im tiefen Untergrund angesammelt hat. Ohnehin besteht im Zuge der Energiewende ein immenser, immer weiter wachsender Bedarf, die elektrische Energie aus Sonne und Wind zu speichern. Temporäres Überangebot an Strom durch die Windkraft könnte theoretisch in Batterien zwischengespeichert werden, aber in der Praxis sind für die Realisation dieses logischen Gedankens viele technische Hürden zu überwinden. Viel einfacher ist es, die elektrische Energie dazu zu verwenden, Wasserstoff und Kohlendioxid so zusammenzubringen, dass große Mengen des brennbaren Gases Methan daraus generiert werden. Dieses synthetische Erdgas kann dann jederzeit dafür verwendet werden, entweder direkt Wärme oder eben wieder elektrische Energie daraus zu gewinnen.
Im katalonischen Sabadell bei Barcelona gibt es nun eine Pilotanlage, wo die Mitarbeiter noch einen interessanten Schritt weiter gedacht haben. Ganz in der Nähe befindet sich nämlich eine etwas übel riechende Kläranlage, in der unter anderem große Mengen CO2-Gas anfallen. Dort beschäftigen sich die Mitarbeiter der Firma INERATEC, eine Ausgründung des „Karlsruher Instituts für Technologie“ (KIT), in enger Kooperation mit dem spanischen Energieunternehmen „GAS NATURAL FENOSA“ damit, das anfallende CO2 nutzbringend mit überschüssiger Energie aus Wind- und Solaranlagen so zu kombinieren, dass daraus synthetisches Erdgas entsteht. Zur Herstellung des dafür erforderlichen Wasserstoffs wird Wasser einfach einer Elektrolyse unterzogen, wobei frischer Sauerstoff als „Abfallprodukt“ entsteht.
Eine Anlage, die neue Maßstäbe setzt
Sabadell hat ungefähr 200.000 Einwohner und liegt gut 12 Kilometer nördlich von Barcelona. Die Kläranlage dieser Stadt hat gerade die passende Dimensionierung für das Experiment und liefert die benötigten Grundstoffe in ausreichender Menge. Außerdem gehört Spanien mit 40 Prozent Elektrizität auf der Grundlage erneuerbarer Energien in Sachen Windkraft & Co. zu den Vorzeigenationen. Das Ziel besteht in diesem Fall auch darin, Gas zu produzieren, das mit der vorhandenen spanischen Erdgasversorgung kompatibel ist. Aktuell beträgt die Gasspeicherkapazität in Spanien rund 30 Terawattstunden, Tendenz steigend. Auf dieser Basis kann der von Windenergieanlagen erzeugte Strom bis zu einem halben Jahr gespeichert werden.
Am Anfang ist vorgesehen, dass die Pilotanlage in Sabadell täglich um die 100 Kubikmeter Gas produzieren soll. Ermöglichen wird dies ein spezieller Katalysatortyp, der von den Mitarbeitern des katalonischen Instituts für Energieforschung (IREC) extra zur Bindung des Kohlendioxids aus biogenen Quellen entwickelt worden ist. Die Anlage ist dem spanischen Projekt „Synthetic Fuels Combustibles Sinttics“ (CoSin) angegliedert und erfährt daher eine Förderung durch den „Europäischen Fonds für regionale Entwicklung“.
Bisher konnten derartige Testanlagen zur Produktion von synthetischem Erdgas wirtschaftlich nicht überzeugen, es sei denn, sie verfügten über gigantische Dimensionen. Doch nun haben die Forscher von INERATEC gezeigt, dass die elektrochemische Reaktortechnik durchaus in einem normalen Schiffscontainer untergebracht werden kann. Auf diese Weise lassen sich beliebig große Anlagen modular, wie in einem Baukastensystem, zusammenschrauben. Auf längere Sicht wird diese Technologie dazu beitragen, den Import von fossilem Erdgas und die CO2-Abgase von Wasseraufbereitungsanlagen reduzieren zu können. Dieser Gedanke ist geradezu bestechend mit Blick auf die Flut von Klärschlämmen in Deutschland.
Fazit:
Forschungsinstitute und Energieversorger tüfteln auch in Deutschland in konzertierter Aktion an geförderten Projekten zu dem großen Thema „Power-to-Gas“. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Optimierung des Wirkungsgrades. Mit Blick auf die Wasser-Elektrolyse konnte bereits ein Wirkungsgrad von durchschnittlich 77 Prozent realisiert werden. Die Erprobungsanlage in Werlte westlich von Cloppenburg erreichte bei der Elektrolyse mit anschließender Methanisierung durchaus beachtliche 62 Prozent Wirkungsgrad und das EU-Projekt „HELMETH“ wies nach, dass sich mit Power-to-Gas-Verfahren Wirkungsgrade bis zu 85 Prozent erreichen lassen. Das so erzeugte „grüne Erdgas“ kann zudem problemlos mit fossilem Erdgas gemischt und gemeinsam einer Speicherung zugeführt werden. Der Energiemix in Deutschland wird sich immer weiter zugunsten der Anteile Sonnen- und Windenergie verschieben. So gesehen ist sehr wohl damit zu rechnen, dass Power-to-Gas zur flächendeckenden, führenden Technologie avancieren wird.