grüne Gase

Mit Power-to-Gas klimafreundlich Auto fahren

Audi AG

Sektorenkopplung in der Praxis: Die Power-to-Gas-Anlage in Werlte verbindet das Strom- mit dem Gasnetz.

Die Audi e-gas-Anlage im norddeutschen Werlte war die weltweit erste Anlage im industriellen Maßstab, die aus CO2 und erneuerbarem Strom einspeisefähiges, synthetisches Erdgas generierte.

Das erzeugte Methan wird in das Erdgasnetz eingespeist und als Kraftstoff (Audi e-gas) genutzt. Das für die Methanisierung benötigte CO2 stammt aus einer Biogasanlage vor Ort. Somit ist das Audi e-gas ein klimaneutraler Treibstoff – bei der Verbrennung im Motor wird genau die Menge CO2 frei, die vorher in der e-gas-Anlage gebunden wurde.

Seit 2013 produziert die Anlage in Werlte bis zu 1.000 Tonnen Methan pro Jahr und bindet dabei 2.800 Tonnen CO2. Auch die Energiewende kann von dem Power-to-Gas-Konzept profitieren, denn es beantwortet die offene Frage, wie sich umweltverträglich produzierter Strom effizient, ortsunabhängig und saisonal speichern lässt.

von: Reinhard Otten, Audi AG, Ingolstadt

Das im Mai 2011 vorgestellte Audi e-gas Projekt war seinerzeit ein Wagnis: Die Idee, mittels Power-to-Gas Strom- und Gasnetz miteinander zu verbinden und die weitverzweigte Gasinfrastruktur als riesigen Speicher für fluktuierende Energien aus Wind und Sonne zu nutzen, war bis dahin noch nie in die Praxis überführt worden. Lediglich eine kleine Demonstrationsanlage des Zentrums für Solarenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) in Stuttgart mit einer elektrischen Aufnahmeleistung von 25 Kilowatt (kW) existierte zu diesem Zeitpunkt. Nun jedoch ging es um eine Skalierung um den Faktor 250 – die weltweit erste industrielle Power-to-Gas-Anlage im niedersächsischen Werlte sollte mit einer Nennleistung von 6,3 Megawatt (MW) zeigen, dass die Technologie im realen Netzumfeld mit existierenden CO2-Quellen funktioniert und einen Systembeitrag leisten kann.

Das Wagnis, das zu 100 Prozent von der Audi AG finanziert und auf dem Gelände des Energieversorgers EWE in die Tat umgesetzt wurde, gelang: Seit 2013 sind in Werlte Strom- und Gasnetz bidirektional miteinander verbunden. Mit Gas Strom produzieren – das geschieht am Standort Werlte in Form eines modernen Blockheizkraftwerks, das von EWE betrieben wird und neben Strom auch Wärme bereitstellt. Nun funktioniert der Weg zum ersten Mal auch andersherum: Aus überschüssigem Strom wird erneuerbares Methan hergestellt, das ins Erdgasnetz eingespeist und an jedem beliebigen Ort des Netzes wieder entnommen werden kann – und zwar genau dann, wenn es gebraucht wird.
 


Bei der Eröffnungsfeier der Power-to-Gas-Anlage im Sommer 2013 bezeichnete der damalige Bundesumweltminister Peter Altmaier die Power-to-Gas-Technologie als chemisches Umspannwerk, das die Energie zwischen zwei Netzen der allgemeinen Versorgung in eine andere Erscheinungsform umwandeln kann. Die entstehenden Energieträger Wasserstoff und Methan sind äußerst vielfältig verwendbar und insbesondere im Fall von Methan hervorragend in großen Mengen speicher- und transportierbar – und das in einer bereits bestehenden Infrastruktur. Der Volkswirtschaft eröffnet die Technologie somit völlig neue Möglichkeiten, mit fluktuierenden Stromquellen wie Solar-, Wind- und Wasserkraft umzugehen.

Im Falle der Anlage in Werlte können pro Stunde bis zu 1.300 Kubikmeter Wasserstoff hergestellt werden, bei einer angenommenen Betriebsdauer von 4.000 Volllaststunden entstehen damit pro Jahr fast 1.000 Tonnen Methan – eine Menge, mit der 1.500 CNG-Fahrzeuge der Kompaktklasse (z. B. Audi A3 g-tron) jeweils 15.000 km weit fahren können. Bei der Herstellung dieses E-Gas genannten Energieträgers werden in diesem Fall pro Jahr rund 2.800 Tonnen CO2 gebunden. Das ist so viel wie ein Wald mit ca. 200.000 Laubbäumen absorbieren kann.
 


Die Power-to-Gas-Anlage in Werlte bezieht das für den Prozess notwendige CO2 aus dem Abgasstrom der benachbarten Biomethan-Anlage von EWE. Es liegt hier bereits in hochkonzentrierter Form vor, denn das aus organischen Abfällen hergestellte Rohbiogas muss von seinem CO2-Anteil (ca. 40 Prozent) befreit werden, damit es als Biomethan die DVGW-Qualitätsanforderungen erfüllt und ins Erdgasnetz eingespeist werden darf. Hier zeigt sich der erste Synergieeffekt zwischen Biomethan-Anlagen und der Power-to-Gas-Technologie. Die zweite Synergie konnte in Werlte im Rahmen eines von der Deutschen Bundesregierung geförderten Forschungsprojekts erschlossen werden: Die Abwärme der Power-to-Gas-Anlage, die bei der Elektrolyse und der nachfolgenden Methanisierung entsteht, kann für den Wärmebedarf der Biomethan-Anlage genutzt werden, der insbesondere bei der CO2-Abscheidung und bei der Hygienisierung der angelieferten Bioreststoffe anfällt. Auf diese Weise konnte der Wirkungsgrad der Gesamtkette vom Strom zum Methan im Betriebsbestpunkt von 52 Prozent (ohne Wärmenutzung) auf 64 Prozent (mit Wärmenutzung) gesteigert werden.

Ein weiteres Highlight der Forschungsarbeiten an der laufenden Anlage war die Qualifikation der Anlage für den Sekundärregelbetrieb. Durch die Möglichkeit, die Stromaufnahme in der Spannbreite von 0 bis 6,3 MW zuverlässig hoch- und herunterregeln zu können, ließ sich ein Beitrag der Power-to-Gas-Anlage für die Stromnetzstabilisierung nachweisen.

Die Audi e-gas-Anlage in Werlte wird weiter betrieben und mit zusätzlichen Gewerken für die Lieferung von Wasserstoff und verflüssigtem Methan (LNG, Transport jeweils per Trailer) ertüchtigt. Mit der Einspeisung von Methan in das Erdgasnetz ist sie weiterhin ein Baustein bei der nachhaltigen Versorgung der europäischen Flotte von CNG-Pkw der Marke Audi.

Auf die Anlage in Werlte folgten allein in Deutschland rund 30 weitere Power-to-Gas-Projekte. Diese können aktuell jedoch nicht wirtschaftlich betrieben werden, weil die Deutsche Bundesregierung weiterhin am Letztverbraucherstatus von Power-to-Gas-Anlagen festhält und diese gerade nicht als chemische Umspannwerke betrachtet. Damit ist die Technologie in Deutschland zum Scheitern verurteilt und wird sich vermutlich im Ausland zur Reife entwickeln.

Dennoch bleibt die Hoffnung, dass die Bundesregierung die folgenden spezifischen Eigenschaften der Power-to-Gas-Technologie erkennt und die Hemmnisse beseitigt: Erstens bietet die Power-to-Gas-Technologie weitaus mehr Möglichkeiten und Energievektoren als andere Flexibilitätsoptionen wie z. B. zuschaltbare Verbraucher oder Power-to-Heat. Zweitens ist Power-to-Gas weit mehr als eine Speichertechnologie: Alle Zukunftsstudien besagen, dass synthetische Kraftstoffe für das Erreichen der Klimaziele zwingend benötigt werden. Und drittens wird die Power-to-Gas-Technologie in 30 Jahren zwar möglicherweise nicht mehr gebraucht, um Pkw mit nachhaltigen Kraftstoffen zu versorgen. Gleichwohl kann der Pkw-Sektor bereits heute mit seinen hohen CO2-Vermeidungskosten die Lokomotive für die Etablierung von Power-to-Gas sein. Profitieren werden dann auch die Verkehrsträger im Güterfernverkehr sowie in der Luft- und Schifffahrt, die sich voraussichtlich nur zu einem Teil elektrifizieren lassen.

Über den Autor
Reinhard Otten ist bei der Audi AG im Bereich „Nachhaltige Produktentwicklung“ verantwortlich für Strategien zu Klimaschutz und Ressourcenschonung.

Tel.: 0841 89-91525
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www.audi.com