Strom aus erneuerbaren Energien als Wasserstoff speichern und vielfältig nutzen: Hinter dem Begriff Power-to-Gas verbirgt sich eine wichtige Technologie, um die Klimaziele zu erreichen. Allerdings bereiten uneinheitliche Vorgaben und mangelnde Erfahrung mit der neuen Anwendung Verantwortlichen bisweilen Kopfschmerzen, wenn sie Power-to-Gas-Anlagen planen und in Betrieb nehmen wollen. Forschende im Projekt Portal Green bieten einen Leitfaden als Entscheidungshilfe zum kostenfreien Download an.

461 Seiten. Fließtext versehen mit mehrseitigen Tabellen, verteilt auf zwei Dokumente. Was auf den ersten Blick wie trockener Lesestoff wirkt, hat das Potenzial, bestimmte Prozesse im Zuge der Energiewende schneller und leichter zu machen. Das wird schon nach den ersten Seiten deutlich. Dort steht, der Leitfaden soll Unternehmen und Behörden als „Anleitung, Hilfestellung, Orientierung und Handreichung“ dienen, welche Verfahren und Gesetze zu beachten sind, wenn sie Power-to-Gas  (deutsch: Strom-zu-Gas) Anlagen errichten und betreiben möchten. Warum brauchen sie dabei mehr Unterstützung?

Das weiß Dr. Manuela Jopen von der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS). Sie hat das Forschungsprojekt Portal Green koordiniert. „Es gibt zwar viele Gesetze, Verordnungen und Regelwerke für technische Anlagen. Wie man diese Vorgaben nun auf Power-to-Gas-Anlagen anwendet, ist aber ein neues Thema. Das gilt für Unternehmen ebenso wie für Behörden“, beschreibt Jopen die Ausgangslage des Projekts. Dadurch, dass einheitliche genehmigungsrechtliche Vorgaben fehlen, ergeben sich Interpretationsspielräume für die Behörden. Das macht den Prozess unübersichtlich und kann ihn verzögern. „Für Unternehmen, die den Bau einer Power-to-Gas-Anlage planen, ist das eine Hürde, da der Prozess mit hohem Aufwand und Risiken bereits im Vorfeld verbunden ist“, erklärt Manuela Jopen.

Stolpersteine abbauen, um Power-to-Gas-Anlagen auszubauen

Hier setzt der neue Leitfaden an: Zwar nimmt er den Verantwortlichen die Entscheidung nicht ab, welche individuellen Verfahren zu wählen sind. Er zeigt jedoch unter anderem auf, welche Aufgaben auf Anlagenbetreiber zukommen können und welche Unterlagen sie für Genehmigung und Betrieb erstellen müssen. Der Leitfaden enthält eine Zeitschiene mit Erfahrungswerten, wie lange bestimmte Prozesse dauern können und mit welchem Vorlauf verschiedene Aufgaben angegangen werden sollten.

„Wir möchten so dazu beitragen, mögliche Stolpersteine bei Planung, Genehmigung und Betrieb von verschiedenen Power-to-Gas-Anlagentypen und Nutzungszweigen abzubauen. Das kann helfen, dass mehr solcher Anlagen schneller errichtet und marktfähig werden“, sagt Projektkoordinatorin Jopen.

Das Prinzip von Power-to-X

Schematische Darstellung des Power-to-X Prinzips
© Projektträger Jülich

Das Konzept Power-to-Gas wird als eine Schlüsseltechnologie bezeichnet, um unser Energiesystem auf erneuerbare Energien umzustellen. Dabei geht es im Kern darum, erneuerbar erzeugten Strom zu nutzen, um Wasserstoff  klimaneutral herzustellen.

In Zeiten, in denen Wind- und Solarenergieanlagen mehr Strom erzeugen, als wir verbrauchen können, kann der Strom in Gas umgewandelt und so gespeichert werden. Der Wasserstoff kann anschließend beispielsweise von der Industrie oder im Verkehr direkt genutzt werden.

In Power-to-Gas-Anlagen kann der Wasserstoff auch weiter in Methan umgewandelt werden. Wasserstoff oder Methan können dann in das Gasnetz eingespeist oder rückverstromt werden. All diese Prozesse tragen dazu bei, dass Strom in den verschiedenen Sektoren des Energiesystems eingesetzt und somit weniger bis kein Kohlenstoffdioxid (CO2) ausgestoßen wird.

Das Interesse an der Technologie wächst kontinuierlich, wie eine Analyse des Forschungszentrums Jülich zeigt: In Europa gibt es mehr als 220 Forschungs- und Demonstrationsprojekte, die Strom nutzen, um vielfältige Energieträger zu gewinnen. Nahezu wöchentlich würden mittlerweile neue Projekte angekündigt. Der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches, einer der Projektpartner in Portal Green, listet für das vergangene Jahr 35 Power-to-Gas-Projekte in Deutschland auf seiner Website.

Deutschland führend bei Power-to-X

Laut einer Übersichtsarbeit befinden sich die 44 Prozent der europäischen Forschungs- und Demoanlagen in Deutschland. Diese werden in der Regel für einen bestimmten Zeitraum öffentlich finanziert. Bis 2025 soll die installierte Leistung in Europa von sechs auf Anlagen mit bis zu 100 Megawatt steigen. Nur knapp die Hälfte der europäischen Anlagen nutzt laut Studie bisher Strom aus erneuerbaren Energien. Rund ein Drittel des Wasserstoffs wird weiterverarbeitet, hauptsächlich zu Methan. Genutzt werden die Power-to-X-Produkte, um Kraftstoffe herzustellen und sie ins Gasnetz einzuspeisen, aber zunehmend auch für Industrieanlagen.

Anwender einbeziehen, um praxisnahe Arbeitshilfe zu entwickeln

Bild vom Workshop, Teilnehmer sitzen an Tischen und diskutieren in Gruppen
© DVGW/Künkel
Praxistest: Der Leitfaden wurde während mehrerer Workshops mit Fachleuten diskutiert.

An diese ersten Erfahrungen wollten die Fachleute in Portal Green anknüpfen, als sie Anfang 2018 gestartet sind: Neben umfangreichen Recherchen des bestehenden Ordnungsrahmens haben sie Workshops und Interviews mit Fachleuten aus Wirtschaft, Behörden, Verbänden und Wissenschaft durchgeführt.

Hier haben sie wertvolle Hinweise aus erster Hand bezüglich Genehmigung, Bau und Betrieb von Power-to-Gas-Anlagen erhalten. Sie haben auch abgefragt, welche Anforderung ein Leitfaden erfüllen muss und den jeweils aktuellen Dokumentenstand mit den Teilnehmenden diskutiert.

Mit dabei war auch der Energieversorger Uniper – ebenfalls Teil von Portal Green. 2012 hatte das Unternehmen im brandenburgischen Falkenhagen die nach eigenen Angaben weltweit erste Demonstrationsanlage errichtet, um durch Windstrom erzeugten Wasserstoff im Erdgasnetz einzuspeisen. Später wurde die Anlage um eine Einheit erweitert, in der Wasserstoff in Methan umgewandelt wurde. „Von der Idee über die Genehmigungsphase bis zum Betrieb war es ein steiniger Weg, weil alles so neu war“, erzählt Matthias Schmidt, Projektleiter bei Uniper. „Wenn man diesen Weg aber nicht geht, dann lernt man auch nichts.“

Behörden und Unternehmen früh vernetzen, um Projekt zu strukturieren

Das Unternehmen hat seine Erfahrungen eingebracht, um das Regelwerk übersichtlich zu machen und den Zugang zu Power-to-Gas-Technologien zu vereinfachen. Es zeigte sich etwa, dass Messgeräte, die im Labor den Wasserstoffgehalt gut messen konnten, im industriellen Maßstab nicht geeignet waren. „Ein Messgerät auszutauschen ist keine große Sache, es kostet nur Geld. Aber in Zukunft sollte man im Vorfeld wissen, was man einbauen muss. Werden entsprechende Anforderungen im Regelwerk festgelegt und somit zum Beispiel die Anwendung bestimmter Messgeräte vereinheitlicht, spart dies Zeit und Geld. Bis zu 20 Prozent der Investitionskosten können für Genehmigungsangelegenheiten anfallen“, sagt Matthias Schmidt.

Elektrolyse-Container der Power-to-Gas Anlage Falkenhagen, drei Mitarbeiter gehen daran vorbei
© Uniper
Aus Strom Gas machen: Elektrolyse-Container in Falkenhagen

Planungssicherheit bräuchten Unternehmen, genauso wie die zuständigen Prüforganisationen. „Eine Power-to-Gas-Anlage steht unter Druck. Also brauchte es in Falkenhagen auch eine Druckbehälterprüfung durch den TÜV. Für eine Prüfung dieser neuen Anlagenart fehlten aber auf beiden Seiten die Erfahrungen. Wir haben mit dem TÜV eine Lösung erarbeitet, die in ein standardisiertes Vorgehen münden kann.“

Auch Genehmigungsbehörden sollen vom Leitfaden profitieren. „Eine Behörde, die noch nie eine Power-to-Gas-Anlage genehmigt hat, sieht im Leitfaden zum Beispiel, welche Herangehensweisen andere Behörden bislang genutzt haben. Es muss dann nicht immer der aufwendigste oder komplizierteste Weg gewählt werden, weil man unsicher ist, ob man nicht doch einen Sicherheitsaspekt übersehen hat“, erklärt Projektkoordinatorin Manuela Jopen. Die Physikerin weist auch darauf hin, dass Behörden eine Beratungspflicht haben. Diese sollten zukünftige Betreiber schon zu einem frühen Zeitpunkt im Projekt nutzen. „Es hat sich aber gezeigt, dass viele Betreiber das gar nicht wissen“, so Manuela Jopen.

Auf Entwicklungen reagieren, um Leitfaden anzupassen

Auch nach dem Projektende im Dezember 2020 erhalten die Beteiligten regelmäßig Anfragen zu den Inhalten des Leitfadens. Und das dürfte sich auch erst einmal nicht ändern. „In den drei Jahren Projektlaufzeit hat sich so viel verändert“, sagt Manuela Jopen. Deutschland hat eine eigene Wasserstoffstrategie und es sind immer mehr Reallabore der Energiewende gestartet, die größere Power-to-Gas-Anlagen erproben.

„Je größer die Anlagen werden, umso komplexer gestalten sich aber die Prozesse der Genehmigung und des Betriebs. Noch gibt es auch einige offene Diskussionspunkte, auf die wir im Leitfaden hingewiesen haben. Zudem sind neue Themen und Nutzungszweige dazu gekommen, wie die IT-Sicherheit, flüssige Speichermedien für Wasserstoff oder der Einsatz als Treibstoff für Flugzeuge.“ (em)

Förderung

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie hat das Projekt PORTAL-GREEN im Forschungsbereich Wasserstofferzeugung gefördert. Den Rahmen dafür bildet das 6. Energieforschungsprogramm. Hier finden Sie weitere Informationen zur Forschungsförderung.

Portal Green – Entwicklung eines Power to Gas-Leitfadens zur Integration Erneuerbarer Energien

För­der­kenn­zei­chen: 03ET6135A-D

Projektlaufzeit
01.01.2018 31.12.2020 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Systemanalyse

Sektorkopplung

För­der­sum­me: rund 1,3 Millionen Euro

Leitfaden

Der kostenlose Ratgeber besteht aus zwei Teilen: einem genehmigungsrechtlichen und einem technischen Leitfaden (Errichtung und Betrieb) für Power-to-Gas-Anlagen. Beide Teile wurden in das DVGW-Regelwerk aufgenommen.

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