Was sind erneuerbare Gase?

Erneuerbare Gase sind gasförmige Energieträger, die aus erneuerbaren Quellen hergestellt werden. Dazu zählen aus Biomasse hergestellte Biogase, aber auch die mittels der Power-to-Gas-Technologie produzierten grünen Gase Wasserstoff oder synthetisches Methan. Eine Kurzvorstellung.

Welche erneuerbaren Gase gibt es und wie werden sie genutzt?

Die Gasinfrastruktur und insbesondere die Gasspeicher werden als erneuerbare Flexibilitätsquelle im Energiesystem der Zukunft eine bedeutende Rolle einnehmen, denn sie können erneuerbare Energien in Gasform speichern. Der Schlüssel für eine Durchdringung dieser Infrastrukturen mit erneuerbaren Energien sind erneuerbare Gase.

Bereits heute werden erneuerbare Gase teilweise innerhalb der Erdgas-Infrastruktur genutzt. Im Jahr 2017 wurden aus fast 200 Biogas-Anlagen in Deutschland etwa neun Terawattstunden Bio-Methan in das Gasnetz eingespeist. Darüber hinaus kommen etwa acht Prozent des deutschen Ökostroms aus Biogas und versorgen etwa acht Millionen Haushalte mit Strom. Im Gegensatz zu Solar- oder Windkraft kann Biogas zu jeder Tages- und Jahreszeit Energie liefern.

Auch in Power-to-Gas-Anlagen erzeugter Wasserstoff speist mittlerweile an verschiedenen Stellen in Deutschland in das Gasnetz ein. Im Moment geht das jedoch nur anteilig – in einem gewöhnlichen Gasnetz dürfen derzeit maximal 10 Prozent Wasserstoff beigemischt werden. Doch damit ist die Höchstgrenze noch nicht erreicht. Das Energieunternehmen Avacon will in einem Pilotprojekt dem Erdgas in Schopsdorf in Sachsen-Anhalt zum ersten Mal einen Anteil von bis zu 20 Prozent Wasserstoff zuleiten.

Außerdem gibt es in Deutschland bereits seit den 1930er-Jahren spezielle Wasserstoff-Leitungen. Große Wasserstoff-Netze mit über 100 Kilometer Länge befinden sich zum Beispiel in der mitteldeutschen Energieregion rund um die Stadt Leuna sowie im Rhein-Ruhr-Gebiet. Meist stehen diese Leitungen jedoch noch in Verbindung mit den Bedarfen großer Industrieunternehmen, vor allem der chemischen Industrie.

Zahlreiche Studien haben die Vorteile erneuerbarer Gase auf dem Weg in eine treibhausgasneutrale Gesellschaft belegt. Doch welche erneuerbaren Gase gibt es eigentlich? Im Wesentlichen unterscheiden wir die aus Biomasse hergestellten Biogase sowie den mittels der Power-to-Gas-Technologie produzierten Wasserstoff. Letzterer lässt sich darüber hinaus zu synthetischen Gasen weiterverarbeiten.

Was ist Biogas und wie wird es hergestellt?

Biogas wird aus organischen Abfällen hergestellt, also zum Beispiel aus energiereichen Pflanzen wie Mais oder Raps, aber auch aus Gülle oder Mist. Wenn diese Stoffe zersetzt werden, entsteht ein Gasgemisch. Dieses enthält neben den natürlichen Luftbestandteilen Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Stickstoff vor allem Methan, das als Brennstoff die gleichen Eigenschaften wie Erdgas hat. Je nachdem welche Stoffe bei der Herstellung eingesetzt werden, hat das Biogas einen Methangehalt von 50 bis 65 Prozent.

Die Herstellung von Biogas folgt natürlich nicht dem Zufallsprinzip. Ganz im Gegenteil: Die organischen Rohstoffe werden in Biogasanlagen luftdicht abgeschlossen und vergoren. Der von Mikroorganismen vorangetriebene Zersetzungsprozess wird als Fermentation bezeichnet. Die Gärbehälter heißen daher auch Fermenter.

Die Energiegewinnung über Biogase ist nahezu CO2-neutral, denn das bei der Verbrennung entstehende CO2 bleibt im natürlichen Kohlenstoff-Kreislauf. Das bedeutet, das freigesetzte Kohlenstoffdioxid wird von den nächsten Pflanzen, die für die Biogasproduktion genutzt werden, im Laufe ihrer Lebenszeit gebunden. Außerdem nutzt man das bei der Gasproduktion vergorene Material später als hochwertigen Dünger.

Was ist Wasserstoff und wie entsteht er?

Wasserstoff ist ein unsichtbares, geruchloses und ungiftiges Gas. Als Energieträger erzeugt Wasserstoff bei seiner Verbrennung keinerlei schädliche Emissionen. In seiner reinen Form tritt Wasserstoff allerdings nicht in der Natur auf. Er muss daher in technischen Prozessen künstlich hergestellt werden.

Glücklicherweise lässt sich Wasserstoff in großem Maßstab mit Hilfe erneuerbarer Energien erzeugen. Hierzu dient die Power-to-Gas-Technologie. Dabei wird erneuerbarer elektrischer Strom, also zum Beispiel aus Wind- oder Solaranlagen, für einen sogenannten Elektrolyse-Prozess genutzt. Die Elektrolyse trennt mit Hilfe von kleinen elektrischen Leitern, den Elektrolyten, einfaches Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff auf. Der positiv geladene Wasserstoff wandert dabei zum Minuspol (Kathode), der negativ geladene Sauerstoff des Wassers zum Pluspol (Anode). So kann Wasserstoff als Energieträger gewonnen werden.

Wasserstoff birgt als Energieträger jedoch auch Schwierigkeiten. Zum einen ist Wasserstoff ein leichtes Gas und hat dadurch ein enormes Volumen. Er braucht also viel Platz. Um einem Liter Benzin zu entsprechen, benötigt man beispielsweise 12 Kubikmeter unverdichteten Wasserstoff. Zudem verliert man sowohl bei der Gewinnung von Wasserstoff wie auch bei der Rückwandlung Energie in Form von Abwärme.

An beiden Problemen arbeiten die Experten der Gaswirtschaft intensiv. Für die Speicherung von Wasserstoff werden auch Gasspeicher eine entscheidende Rolle spielen. In diversen Projekten forschen die Unternehmen gerade daran, inwiefern sich vorhandene Poren- und Kavernenspeicher auf dieses erneuerbare Gas umstellen lassen.

Rechnet man erste Forschungsergebnisse auf die Leistungsfähigkeit der deutschen Gasspeicher hoch, kann man annehmen, dass mit Wasserstoff bereits heute mindestens 24 Gigawatt gesicherte erneuerbare Leistung aus Gasspeichern angeboten werden kann. Das ist energetisch immerhin ein Viertel der Spitzenlast des Strommarktes. Die Gasspeicherwirtschaft macht sich also fit für eine vollständig erneuerbare Welt.

Was sind synthetische Gase?

Synthetische Gase sind eine Weiterentwicklung des mit der Power-to-Gas-Technologie hergestellten Wasserstoffs. Insbesondere geht es hierbei um synthetisches Methan. Dieses wird im Prozess der Methanisierung hergestellt. Dabei mischt man dem per Elektrolyse zunächst gewonnenen Wasserstoff Kohlenstoffdioxid bei. Das Gasgemisch durchläuft dann einen chemischen Prozess und es entsteht synthetisches Methan. Dieses ist identisch mit fossilem Erdgas und erneuerbarem Biogas (CH4).

Da man für die Herstellung von synthetischem Methan Kohlenstoffdioxid, also CO2, benötigt, stellt sich die Frage nach der Herkunft dieses Gases. Synthetisches Methan ist nämlich nur dann ein erneuerbarer Energieträger, wenn es den CO2-Ausstoß wirklich vermeidet und nicht nur verlagert. Stellt man das synthetische Gas zum Beispiel mit Industrieabgasen her, dann verlagert sich die klimaschädliche Emission lediglich auf einen späteren Zeitpunkt, zum Beispiel auf das Heizen in der Privatwohnung oder die Nutzung im Verkehr. Uniper nutzt auf seiner Power-to-Gas-Anlage im brandenburgischen Falkenhagen daher zum Beispiel das CO2 aus einer Bio-Treibstoff-Anlage. Verschiedene Unternehmen arbeiten außerdem bereits daran, wie man CO2 aus der Luft gewinnen kann.

Weil synthetisches Methan die gleichen chemischen Eigenschaften wie Erdgas aufweist, kann es ohne Probleme an vielfältiger Stelle eingesetzt werden – nämlich überall dort, wo derzeit noch fossiles Erdgas zum Einsatz kommt. Damit dient es als Kraftstoff im Verkehr, zur Erzeugung von Wärme und als Antriebsenergie für große Kraftwerke. Für Endverbraucher, die bereits heute auf Erdgas-Technologien im Eigenheim setzen, ändert sich mit dem Einsatz von synthetischem Gas nichts. Auch in Gasnetze und Gasspeicher kann synthetisches Methan ohne Begrenzung aufgenommen werden.

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