Strom aus erneuerbaren Quellen Power-to-X-Anlagen sollen Stromnetze entlasten

Durch den wachsenden Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung entstehen temporäre und räumliche Unterschiede zwischen Erzeugung und Nachfrage von Strom. Um diese Diskrepanz effizient und kostengünstig zu beheben und die nötige Versorgungssicherheit zu gewährleisten, sind flexible Maßnahmen nötig. Eine Möglichkeit ist, Power-to-X-Anlagen zu integrieren, um das Stromnetz zu entlasten.

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Veolia Water Technologies Deutschland GmbH

NESS Wärmetechnik GmbH

Glatt Ingenieurtechnik GmbH

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Oberhausen – Im Virtuellen Institut „Strom zu Gas und Wärme“ arbeitet ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen an adaptiven Technologiemaßnahmen für das Strom-, Gas- und Wärmesystem. Die Ergebnisse aus drei Jahren Forschungsarbeit wurden jetzt veröffentlicht – inklusive Handlungsempfehlungen für Kommunen. Eine dieser Handlungsempfehlungen lautet, Power-to-X-Anlagen zu integrieren. Darunter versteht man verschiedene Technologien zur Speicherung bzw. anderweitigen Nutzung von Strom. Zu solchen Maßnahmen gehört die Transformation von Strom zu unterschiedlichen Produkten wie Wärme (Power-to-Heat, Pth), Gase (Power-to-Gas, Ptg), chemischen Produkten (Power-to-Chemicals, Ptc) oder Kraftstoffen (Power-to-Fuel, Ptf). Der Abschlussbericht kann auf der Projektwebsite heruntergeladen werden.

Analyse von Power-to-X-Technologien

Mit Fokus auf den Verkehr und die Industrie wurden in einer Systemanalyse Langfristszenarien betrachtet, die mit unterschiedlichen Strategien das Ziel einer Treibhausgasreduzierung verfolgen. Der Beitrag, den Power-to-X-Technologien zu diesem Ziel leisten können, floss anschließend in ein integriertes Strommarkt- und Stromnetzmodell ein.

Weiterhin erfolgten durch Pfadanalysen Standortanalysen für Power-to-X-Anlagen. Die Pfadanalyse von Fraunhofer Umsicht, die auf Power-to-X-Technologien Bezug nimmt, beschreibt ein sogenanntes 3-Säulen-Modell. Es umfasst sowohl die direkte Verwendung von Strom für energieintensive Prozesse als auch Methoden, mit denen schwer aufzuarbeitende Ressourcen erschlossen werden können sowie Carbon-Capture-and-Utilisation-(CCU) Verfahren. Bei Letzteren wird mit Hilfe von elektrischem Strom Wasserstoff erzeugt, der grundsätzlich dazu verwendet werden kann aus CO₂ chemische Grundstoffe oder Treibstoffe herzustellen. Zur Identifizierung und Bewertung möglicher Produkte wurden Produktrouten mit Primär- und Folgeprodukten vorgestellt.

Demonstrationsanlage für Power-to-Gas-Technologie

Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wurde durch das Forschungszentrum Jülich eine Anlage zur Demonstration der Power-to-Gas-Technologie errichtet und in Betrieb genommen. Ergänzend zu der Elektrolyse und auf einer chemischen Methanerzeugung basierenden Demonstration des Ptg-Verfahrens wurde bei Fraunhofer Umsicht ein biologisches Verfahren zur Herstellung von Methan aus CO₂ an einer eigens hierzu entwickelten Technikumsanlage untersucht.

Als biologische Komponente kamen dabei Bakterien zum Einsatz, die unter anaeroben Bedingungen CO₂ und Wasserstoff zu Methan verarbeiten können. Der Wasserstoff wird, so wie es auch bei der chemischen Methanisierung der Fall ist, durch eine Elektrolyse bereitgestellt. Die Ergebnisse der Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Umsetzung des Verfahrens der Stofftransport zu den Mikroorganismen ein entscheidender Faktor ist, der für eine industrielle Umsetzung weiter verbessert werden muss.

Handlungsempfehlungen für NRW

Diese und weitere aus dem Projekt abgeleiteten Ergebnisse dienen als Handlungsempfehlungen für Wissenschaft, Wirtschaft und Industrie. So rät das Konsortium etwa dazu, Ptx-Anlagen als Element der Netzentlastung zu integrieren und Planungs- und Genehmigungsverfahren für Ptx-Anlagen zu standardisieren. Ebenso sollten Instrumente für Kommunen und Stadtwerke zu entwickeln, um lokale Akteure bei der Identifikation, Erschließung und (Weiter-)Entwicklung von geeigneten Standorten für Ptx-Anlagen zu unterstützen.

Der Zusammenschluss von sieben verschiedenen Forschungseinrichtungen aus NRW habe gezeigt, dass eine Zusammenarbeit auf dieser Basis sehr effektiv gestaltet werden kann, so Dr. Thomas Marzi, Abteilungsleiter Ideenfabrik am Fraunhofer Umsicht. Die Bündelung der unterschiedlichen Kompetenzen ergebe einen deutlichen Mehrwert für die deutsche Energieforschung. Im geplanten Folgeprojekt wird Fraunhofer Umsicht dann Ptx-Technologien zur Herstellung von Chemikalien für die chemische Industrie weiterentwickeln

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