KOMPENDIUM-2.0

Abb.: 13: Skizze des „Power-to-gas“-Konzepts
Aus dem mehrstufigen Prozess über Wasserstoff
zu Methan für die Wiederverstromung
.
in Gaskraftwerken resultieren
enorme thermodynamisch vorgegebene Umwandlungsverluste,
so dass unter günstigsten
Voraussetzungen die Bereitstellung von ca.
20 % der ursprünglichen elektrischen Energie
im Zuge der erneuten Stromerzeugung erreicht
wird. Zur Kompensation dieser Verluste
würde der Bedarf an weiteren Windenergie-
und PV-Anlagen um mehr als 70 %
ansteigen. Man müsste also die Erzeugungskapazitäten
um über 70 % erhöhen, allein
um die Verluste des Verfahrens bilanziell
auszugleichen. Auch ohne den immensen
Aufwand zum Bau der Methanisierungsanlagen
und der Gaskraftwerke zu berücksichtigen,
bewirken allein diese Verluste eine Verdoppelung
der Kosten.
Immer wieder ist davon zu lesen, dass über
Elektrolyse mittels Windstrom erzeugter
Wasserstoff relativ problemlos im Erdgasnetz
gespeichert werden könnte. Das deutsche
Erdgasnetz hat ein Speichervolumen von 20
Milliarden m³. Bei Speicherung einer TWh
über Wasserstoff mit dem spezifischen Energieinhalt
(Heizwert) von 3 kWh/m³ errechnet
sich ein äquivalenter Speicherbedarf von 333
Mio. m³. Bei einem Speicherbedarf von 50
TWh erhöht sich das Speichervolumen unter
Berücksichtigung des Wirkungsgrades von
70 % bei der Elektrolyse auf 23 Milliarden m³
und überschreitet somit die Speicherkapazität
des vorhandenen Erdgasnetzes. Dies ist als
Rechenexempel aufzufassen, da die Wasserstoffkonzentration
im Erdgasnetz 5 % nicht
übersteigen darf! Bei der Umwandlung von
Wasserstoff in Methan resultieren weitere
Verluste. Die Stromgestehungskosten lägen
bei ca. 2 €/kWh.
Derzeit verfolgen einige Stadtwerke Speicherprojekte
im Bereich von ein paar Megawattstunden.
Das ist um den Faktor 100.000 zu
wenig, um das Problem zu lösen.
Exkurs 1 – Wunderwaffe Wasserstoff?
Die Idee, mittels Windstrom Wasserstoff zu erzeugen
und damit unabhängig von Energie-Importen zu
werden, wurde schon vor knapp neunzig Jahren
entwickelt. Der Kerngedanke fasziniert: Man nutzt
regenerative Energieformen wie Wind und Sonne,
wandelt diese Energie durch Elektrolyse in speicherbaren
Wasserstoff und ersetzt damit fossile
Gase. Die Produktion ist klimaneutral und verringert
die Abhängigkeit von Importen. Diese Grundidee hat
großen Charme, schließlich sind die Technologien
heute sämtlich entwickelt und können schnell im
großen Maßstab umgesetzt werden.
Für die Wasserstoff-Produktion gibt es verschiedene
Methoden. Von den weltweit erzeugten etwa 500
Milliarden m 3 stammt der Großteil aus fossilen Quellen
(Erdgas, Erdöl) bzw. fällt in der chemischen Industrie
als Nebenprodukt an. Die Wasser-Elektrolyse
erfordert nur Wasser und Strom. Alle Verfahren
haben gemein, dass sie viel Energie benötigen. Je
nach Anlage und Einsatzbedingungen gehen 20-50
% der aufgewendeten elektrischen Energie verloren,
wobei ein Teil davon noch in Prozesswärme umgewandelt
werden kann, so dass bei der Elektrolyse
ein Wirkungsgrad von unter 70 % resultiert. Eine
Verbesserung darüber hinaus ist physikalisch ausgeschlossen.
Der intermittierende Betrieb der Elektrolyseanlagen
mit Sonne und Wind als Stromquelle
verschlechtert den Wirkungsgrad zusätzlich.
Wasserstoff ist sehr energieintensiv in der Herstellung
und nimmt bei Lagerung und Transport sehr
viel Raum ein. Dies begrenzt seine Anwendungsmöglichkeit
erheblich. Ein Zahlenbeispiel möge dies
verdeutlichen:
Der Kerosinverbrauch des Frankfurter Flughafens
liegt bei 5.4 Mio. m 3 pro Jahr. Das entspricht einem
Energiewert von 50 TWh. Wir unterstellen, es wäre
14