Überschüssige Energie aus Windkraft und Photovoltaikanlagen wird im Rahmen der Sektorkopplung umgewandelt, damit er nicht verloren geht. Wie die Transformation in Methanol mithilfe von Biogasanlagen gelingen könnte, hat das Forscherteam des Projekts Power-to-Methanol unter Leitung der Frankfurter Dechema, Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie, untersucht.

Nicht nur der Wasserstoff, der entsteht, wenn Überschussstrom mittels Elektrolyse umgewandelt wird, könnte künftig bei Power-to-Gas-Prozessen eine wichtige Rolle als Energieträger spielen. Ein weiteres Gas, das in Frage kommt, ist Methanol. Es kann aus Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid (CO₂) erzeugt werden. CO₂ entsteht etwa in Biogas- oder Bioethanolanlagen bei der Vergärung von Biomasse mittels Katalyse.

Methanol ist vielfältig wiedereinsetzbar, etwa als Zusatz beziehungsweise Ersatz für fossile Kraftstoffe im Transportsektor. So kann es dazu beitragen, den Verkehr zu dekarbonisieren. Zudem kann Methanol als Energiespeicher zusätzlich Flexibilität im Stromsektor bereitstellen. Das bringt einen doppelten Nutzen: Der Überschussstrom wird sektorübergreifend verwertet und das Stromnetz wird regional stabilisiert und geregelt.

Grundlagenforschung, Anlagenplanung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt

Im Projekt Power-to-Methanol erarbeitete das Team zwei Konzepte für jeweils eine Anlage, die aus grünem Strom mittels Wasserstoff grünes Methanol herstellt. Gegenstand der Analysen waren sowohl technische Entwicklungen, insbesondere Untersuchungen zur Methanolsynthese aus Wasserstoff und CO₂, als auch Planungsarbeiten, wie die Design-Basis für eine reale Anlage an einem konkreten Standort.

„Besonders herausfordernd war es, die standortspezifischen Randbedingungen herauszuarbeiten und Lösungen zu finden, alle Medien mit grünem Strom beziehungsweise Wasserstoff zu versorgen“, sagt Dr. Isabel Kundler von der Dechema. Das Projektteam skizzierte auch den dynamischen Betrieb der Anlage in Abhängigkeit vom Angebot grüner Primärenergie. „Hier stellt sich die Frage, ob Anlagen nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich betrieben werden können, wenn sie dem volatilen Stromangebot folgen“, erklärt Kundler.

Für die Expertinnen und Experten aus Forschung und Industrie sei es besonders spannend gewesen, sowohl relativ grundlegende Forschungsarbeiten als auch konkrete Anlagenplanung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zu kombinieren. „Das hat bei allen Beteiligten die Sicht auf die jeweils andere Perspektive geschärft und zu innovativen Ideen und Lösungen geführt“, erzählt Isabel Kundler und ergänzt: „wir konnten eindrucksvoll zeigen, wie wichtig die konkreten Standortbedingungen, wie Nutzung von Koppelprodukten oder Abwärme, sind, um eine neue Technologie zu implementieren. Daher empfehlen wir für andere Projekte, dass Standortbedingungen in die meist recht generischen Systembetrachtungen und Carbon-Footprint-Analysen stärker einbezogen werden.“

Entwickeltes Anlagenkonzept liefert Basis für weitere Untersuchungen

Abschließend entwickelten die Projektpartner ein Konzept für eine Power-to-Methanol-Anlage für den Standort des Unternehmens Südzucker in Zeitz nahe Leipzig. „Besonders interessant wäre hier eine Synthese von grünem Methanol mit grünem Kohlenstoffdioxid, das als Koppelprodukt bei der Herstellung von ebenfalls grünem Ethanol anfällt“, erläutert Kundler.

Nach Ende des Projekts zieht sie ein positives Fazit: „Unsere Kooperation von Wissenschaft und Industrie war erfolgreich, unser Ergebnis ist ein konkretes Anlagenkonzept. Wir empfehlen, den bestehenden regulatorischen Rahmen weiterzuentwickeln, damit wir aus Öko-Strom mithilfe von grünem CO₂ grünes Methanol machen können. Dann wird Strom aus erneuerbaren Energiequellen flüssig, handhabbar, speicherbar und in vielen Anwendungen nutzbar.“ (kkl)