Power-to-Gas

Power-to-Gas (kurz PtG oder P2G, frei übersetzt: ‚Strom zu Gas‘) ist ein energiewirtschaftliches Konzept (bzw. eine Technologie), nach dem mittels Wasserelektrolyse und unter Einsatz elektrischen Stroms ein Brenngas hergestellt wird.^[1] Dieses Brenngas (oft Wasserstoff, ggf. Ammoniak, Methan) kann zur späteren Verwendung gespeichert werden. Unter anderem kann es als Treibstoff (Power-to-Fuel) oder als chemischer Rohstoff (Power-to-Chemicals) dienen oder zur späteren Rückverstromung in Gaskraftwerken in der Gasinfrastruktur zwischengespeichert werden. Daneben existieren auch Konzepte für integrierte Speicherkraftwerke auf Basis reversibler Brennstoffzellen,^[2] die mit Strom-zu-Strom-Speicherwirkungsgraden bis etwa 70 % deutlich höhere Gesamtwirkungsgrade versprechen als bisher existierende Power-to-Gas-Speicherprozesse.^[3][4]

Power-to-Gas ist eine sogenannte Power-to-X-Technologie. Power bezeichnet in diesem Zusammenhang temporäre Stromüberschüsse und das X die Energieform oder den Verwendungszweck, in den die elektrische Energie gewandelt wird.^[5] Power-to-Gas wird als saisonaler Langfristspeicher angesehen, der niedrigere Wirkungsgrade besitzt als die direkte Verwertung von Stromüberschüssen im Wärmesektor oder Verkehrswesen (Power-to-Heat, Vehicle-to-Grid) per Sektorenkopplung oder als die Kurzfristspeicherung. Deshalb sollten diese Technologien aus Effizienzgründen früher zum Einsatz kommen als Langfristspeicher wie die Gasherstellung.^[6][7] Es wird davon ausgegangen, dass die Power-to-Gas-Technologie beim heutigen Stand der Technik erst in der dritten Phase der Energiewende benötigt wird, wenn der Anteil der Erneuerbaren Energien am Strommix 60 bis 70 % und mehr erreicht;^[8] andere Quellen nennen 80 %.^[9] Bei niedrigeren Anteilen sind Flexibilisierungsmaßnahmen im Energiesystem wie etwa der verstärkte Einsatz von Wärmepumpenheizungen, Elektroautos, Smart Grids und Kurzfristspeichern effektiver.^[8] Ein Einsatz von Power-to-Gas zum Energietransport, um beispielsweise Stromtrassen zu ersetzen, ist aufgrund des geringen Wirkungsgrades weder ökologisch noch ökonomisch sinnvoll. Hier ist der direkte Stromtransport über Hochspannungsleitungen der Power-to-Gas-Technik wegen des viel höheren Wirkungsgrades vorzuziehen.^[10]

Energiewirtschaftlich und ökologisch sinnvoll ist die Nutzung der Power-to-Gas-Technologie nur, wenn für die Herstellung Stromüberschüsse aus erneuerbaren Energien (EE) verwendet werden. Der Einsatz von Graustrom aus fossilen Energien würde die Emissionen vervielfachen statt senken und wäre damit energetisch und ökologisch kontraproduktiv.^[11] Daher wird das so erzeugte Synthesegas bisweilen auch als EE-Gas bezeichnet. Je nach Art der eingesetzten erneuerbaren Energie wird das Gas auch Windgas, Solargas oder ähnlich genannt; je nach chemischer Zusammensetzung des Gases wird statt des Begriffes „Gas“ auch „Methan“ oder „Wasserstoff“ verwendet.

1. ↑ Michael Sterner, Mareike Jentsch, Uwe Holzhammer: Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung eines Windgas-Angebotes. (PDF; 2 MB) Gutachten des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) Kassel im Auftrag von Planet Green Energy. In: greenpeace-energy.de. Februar 2011, abgerufen am 9. April 2019. 
2. ↑ Alberto Varone, Michele Ferrari, Power to liquid and power to gas: An option for the German Energiewende. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews. Band 45, 2015, S. 207–218, S. 209, doi:10.1016/j.rser.2015.01.049.
3. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen Jensen 2015.
4. ↑ Zhan Gao et al.: A perspective on low-temperature solid oxide fuel cells. In: Energy and Environmental Science. Band 9, Nr. 5, 2016, S. 1602–1644, doi:10.1039/C5EE03858H. 
5. ↑ Vgl. Peter D. Lund u. a., Review of energy system flexibility measures to enable high levels of variable renewable electricity. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews Band 45, 2015, S. 785–807, doi:10.1016/j.rser.2015.01.057.
6. ↑ Vgl. Brian Vad Mathiesen, Henrik Lund: Comparative analyses of seven technologies to facilitate the integration of fluctuating renewable energy sources. In: IET Renewable Power Generation. Band 3, Nr. 2, 2009, S. 190–204, doi:10.1049/iet-rpg:20080049. 
7. ↑ Vgl. auch André Sternberg, André Bardow: Power-to-What? – Environmental assessment of energy storage systems. In: Energy and Environmental Science. Band 8, 2015, S. 400, doi:10.1039/c4ee03051f. 
8. ↑ ^{a b} Hans-Martin Henning, Andreas Palzer, Carsten Pape, Frieder Borggrefe, Henning Jachmann, Manfred Fischedick: Phasen der Transformation des Energiesystems. In: Energiewirtschaftliche Tagesfragen. 65, Heft 1/2, 2015, S. 10–13. (PDF-Datei)
9. ↑ Stefan Weitemeyer, David Kleinhans, Thomas Vogt, Carsten Agert, Integration of Renewable Energy Sources in future power systems: The role of storage. In: Renewable Energy Band 75, 2015, S. 14–20, doi:10.1016/j.renene.2014.09.028.
10. ↑ Vgl. Volker Quaschning, Regenerative Energiesysteme. Technologie – Berechnung – Simulation. 9., aktualisierte Auflage. München 2015, S. 384.
11. ↑ Michael Sterner, Ingo Stadler (Hrsg.): Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration. 2. Auflage. Springer Verlag, Berlin/ Heidelberg 2017, S. 465.