Stromversorgung aller Branchen verknüpfen
Ein aufeinander abgestimmtes Energiesystem, in dem Strom, Wärme, Verkehr und Industrie gemeinsam betrachtet und optimiert werden, ist das Ziel der sogenannten Sektorkopplung.
Wichtigstes Instrument der Sektorkopplung sind Power-to-X-Technologien. Das heißt, grüner Strom wird wahlweise in einen flüssigen Kraftstoff (Power-to-Liquid), in Wärme oder Kälte (Power-to-Heat/-Cold) oder in ein Gas (Power-to-Gas) umgewandelt.
So können lokale Stromüberschüsse aus Erneuerbare-Energie-Anlagen anderen Sektoren zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig kann so nach und nach der Anteil fossiler Energieträger in den Sektoren Wärme, Verkehr und Industrie reduziert und durch Erneuerbare ersetzt werden.
Das Prinzip von Power-to-X
Wie lässt sich grüner Strom effizient umwandeln?
Power-to-X bedeutet übersetzt Strom zu "X". Das "X" steht dabei wahlweise für Wärme oder Kälte, Gas oder sogar Strom. Bei Power-to-Heat oder auch Power-to-Cold wird grüner Strom zum Heizen oder zum Kühlen von Gebäuden genutzt. Bei Power-to-Power wird regenerativ erzeugter Strom als elektrischer Strom gespeichert und zum Beispiel für E-Fahrzeuge zur Verfügung gestellt
Power-to-Gas meint alle Technologien, bei denen grüner Strom in ein Gas umgewandelt wird. Eine vielversprechende Technologie um Öko-Strom nutzbar zu machen, ist die sogenannte Wasserelektrolyse. Hierbei wird Wasser mittels elektrischen Stroms in seine elementaren Bausteine Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten. Das Ganze geschieht in einem Elektrolyseur.
Wird für diesen Spaltungsvorgang grüner Strom genutzt, spricht man von grünem Wasserstoff. Der gasförmige Wasserstoff wird anschließend in großen Druckbehältern gesammelt und kann dort oder in unterirdischen Hohlräumen (Kavernen) über viele Monate aufbewahrt werden.
Grünen Wasserstoff vielfältig einsetzen
Wasserstoff kann aber auch wieder in elektrischen Strom umgewandelt werden. Dieser Vorgang nennt sich Rückverstromung und spielt sich in einer Brennstoffzelle ab.
Noch ist die Rückverstromung von Wasserstoff für die Energieversorgung nicht besonders effizient und viel kostbare Energie geht verloren.
Aber das reaktionsfreudige Gas kann zum Glück sehr vielfältig genutzt werden. Zum Beispiel, um CO2-neutralen Treibstoff für Schiffe, Flugzeuge oder Schwerlasttransporter herzustellen (Power-to-Liquid/ Power-to-Fuel).
Dazu bringt man das Treibhausgas CO2 mit Wasserstoff zusammen und lässt beide Stoffe zu einem Kohlenwasserstoff-Gemisch reagieren.
Das Kohlenstoffdioxid kommt entweder aus der Luft oder aus Industrie-Abgasen und wird in dem künstlich hergestellten Treibstoff gebunden. Die strombasierten Kraftstoffe setzen – im Gegensatz zu Benzin und Diesel – also kein fossiles CO2 frei und ermöglichen so klimaneutrale Mobilität.
Herausforderungen: Transport und Infrastruktur
Eine große Herausforderung für die Nutzung von grünem Wasserstoff im Energiesektor ist der Transport des Gases. Es ist nicht nur hochreaktiv und leicht entzündlich. Seine Moleküle sind so klein und mobil, dass sie durch Kunststoffe, Glas und sogar Metalle hindurchdiffundieren können.
Zudem können Gasleitungen und Transportbehälter auf Dauer Schaden nehmen, wenn sie regelmäßig mit Wasserstoffteilchen in Berührung kommen. Es braucht also ein flächendeckendes Leitungsnetz, das große Mengen Wasserstoff über weite Strecken sicher transportieren kann.
Bis es so weit ist, können geringe Mengen Wasserstoff ins Gasnetz eingespeist werden. Bislang sind zehn Prozent Wasserstoffanteil erlaubt.
Werden die Gerätschaften für Transport und Lagerung entsprechend aufgerüstet, sind auch 20 und teils sogar 50 Prozent denkbar.
Kraftstoffe künstlich herstellen
Oder man wandelt den Wasserstoff einfach direkt in synthetisches Methan um. So kann es das fossile Erdgas ersetzen, um mit Gasturbinen Strom zu erzeugen oder Gebäude zu heizen.
Eine weitere Möglichkeit, den Transport von Wasserstoff etwas zu vereinfachen, ist die Erzeugung von synthetischem Methanol. Der Methylalkohol ist wesentlich weniger reaktionsfreudig und kann auch in größeren Mengen sicher transportiert werden.
Am Zielort lässt sich mit dem Methanol in einer speziellen Niedrig-Temperatur-Brennstoffzelle wieder Strom erzeugen. Oder aber die Verbindung wird wieder aufgespalten und es steht am Ende wieder reiner Wasserstoff zur Verfügung.
