Wenn an den Küsten der Wind weht, mittags die Sonne scheint, müssen die Stromnetzbetreiber vorübergehend Anlagen vom Netz nehmen. Denn die erneuerbaren Energiequellen produzieren bisweilen mehr Strom, als nachgefragt wird. Betroffen sind neben den Betreibern konventioneller Erdgas- oder Kohlekraftwerke vor allem Windkraftanlagen in Norddeutschland. 2012 konnten nach Informationen der Bundesnetzagentur 421 Gigawattstunden Strom nicht in die Netze eingespeist werden; mehr als dreimal so viel wie noch 2010. Die neue Power-to-Gas-Technologie könnte diese Energie mit Hilfe der Elektrolyse zu lagerfähigem Wasserstoff oder Methan umwandeln – und damit langfristig in bisher undenkbaren Mengen speichern.

Erdgasnetz als Speicher

Bei der Elektrolyse wird Wasser (H2O) durch elektrischen Strom in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten. Wasserstoff lässt sich gut als Zwischenspeicher nutzen. Mit ihm arbeiten Brennstoffzellen; Chemieunternehmen nutzen ihn seit 100 Jahren als Vorprodukt zur Ammoniaksynthese; neben Automobilherstellern experimentiert sogar die Flugzeugindustrie mit Wasserstoff als Treibstoff. Setzt man dem Wasserstoff noch Kohlendioxid (CO2) zu, erhält man synthetisches Methan (CH4), den Hauptbestandteil (98 Prozent) des Erdgases. Somit ließe sich das mehr als 470.000 Kilometer lange deutsche Erdgasnetz nutzen, um aus überschüssigem Windstrom erzeugtes Gas zu transportieren und zu lagern. Schon heute dürfen dem Erdgas bis zu 5 Prozent Wasserstoff zugesetzt werden. Weitere Vorteile bieten die 47 Erdgasspeicher in Deutschland, die bis zu 23,5 Milliarden Kubikmeter Gas aufnehmen. Übrigens: CO2 ist als Nebenprodukt der Betonherstellung und von Biogasanlagen relativ günstig zu beziehen oder kann aus der Atmosphäre ausgewaschen werden.

Deutschland ist globaler Technologieführer

Die wissenschaftlich erprobten Power-to-Gas-Verfahren sind für die industrielle Großanwendung bereit. Deutschland ist globaler Technologieführer. Im Mai nimmt die Audi AG die weltweit größte Anlage bei Oldenburg mit 6,5 Megawatt Leistung in Betrieb. Der Wirkungsgrad (Strom zu Methan) liegt bei rund 45 Prozent; er ist ein zentraler Faktor für die Wirtschaftlichkeitsberechnung von Power-to-Gas-Applikationen. Professor Clemens Hoffmann, Leiter des Fraunhofer-Institutes für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES), sieht drei Business-Cases für die wirtschaftliche Nutzung von Power to Gas.

Wasserstoffwirtschaft und Elektromobilität CO2-neutral

„Grundsätzlich kann der gesamte Wasserstoffbedarf der Industrie aus Windstrom erzeugt werden“, sagt Professor Hoffmann, der bis vor wenigen Monaten noch für Siemens die Machbarkeit von Power-to-Gas-Anwendungen evaluierte. Die technischen Voraussetzungen sind geschaffen. „Jetzt müssen Strategien entwickelt werden, um in die Wirtschaftlichkeit vorzustoßen.“ Für die Automobilindustrie sieht IWES-Leiter Hoffmann die Verwendung von Windgas bei Fahrzeugen mit Range-Extender, also Elektroautos mit einem die Reichweite verlängernden Verbrennungsmotor. Wird der Range-Extender mit Windgas befeuert, fahren diese Fahrzeuge in der Kombination mit Batteriestrom vollständig CO2-neutral. Die Audi AG erzeugt mit ihrer Anlage so viel Windgas, dass sie 1500 solcher Gas-Fahrzeuge in diesem Jahr in Kundenhand übergeben kann. Bilanziell deckt das Oldenburger Projekt den Bedarf dieser Flotte und stellt damit einen wichtigen Meilenstein dar.

Langfristig: Ausgleichsstrom bei Nacht und Flaute

Das dritte Anwendungsszenario von Professor Hoffmann bietet eine langfristige Lösung, die Deutschland zu einer 100 Prozent CO2-neutralen Stromproduktion verhelfen würde. Denn nach wie vor werden 44,5 Prozent des bundesweiten Stroms mit Stein- und Braunkohle erzeugt. Diese Kraftwerke produzieren unabhängig von der Wetterlage und garantieren die ständige Verfügbarkeit von Strom. Besonders im Winter, nachts und bei Windflaute stellen sie die Grundversorgung sicher. Aufgrund des schwankenden meteorologischen Angebots der erneuerbaren Quellen müssen die Netzbetreiber sogenannte Ausgleichskraftwerke vorhalten, die zeitweise nahezu die volle Versorgungsleistung übernehmen müssen, aber nur einen geringen Auslastungsgrad von weniger als 20 Prozent des Gesamtverbrauchs haben.

Masterplan Energiewirtschaft

„Im Grunde müsste Deutschland eher neue Gaskraftwerke bauen als bestehende abzuschalten, wie dies momentan geschieht“, empfiehlt Professor Hoffmann. Nach seiner Überzeugung sollte künftig Ausgleichsstrom aus zentralen Gaskraftwerken und dezentralen Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen bestehen. Wenn diese Werke für den Ausgleichsstrom mit Windgas arbeiten, würde er komplett CO2-neutral erzeugt. „Deutschland muss die Energiewende von hinten her denken und einen Masterplan aufsetzen. Im Ergebnis machen Speichertechnologien und Regelungsverfahren die erneuerbaren Energien grundlastfähig. Power to Gas ist ein wesentlicher Bestandteil davon.“

Christian Gasche, freier Journalist, Frankfurt/Main