Power-to-X: Das fehlende Glied in der Kette

Zu einer klimaneutralen Energieversorgung kann es nur kommen, wenn Strom aus erneuerbaren Energiequellen auch gespeichert und transportiert werden kann. Power-to-X-Verfahren – und hier insbesondere die Wasserstofftechnologie – könnten das bislang fehlende Glied in der Kette sein.

Unter Power-to-X werden üblicherweise verschiedene Technologien zur Speicherung erneuerbarer Energien verstanden. Zu ihnen zählen insbesondere Power-to-Gas- und Power-to-Liquid-Verfahren. Unter Einsatz von regenerativem Strom wird dabei mittels Elektrolyse klimaneutraler Wasserstoff produziert, der in weiteren Prozessschritten auch zu Kraftstoffen weiterverarbeitet wird, die als Energieträger für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden können. 

Mit diesen Verfahren ist es möglich, Strom aus erneuerbaren Energien zu speichern und zu transportieren – ohne dabei schädliche Emissionen zu erzeugen. 

Sie gleichen ein Über- oder Unterangebot an Energie aus, das insbesondere durch Windparks und Fotovoltaikanlagen zwangsläufig entsteht. Denn Wind- und Sonnenenergie kann nur gewonnen werden, wenn es windig ist und die Sonne scheint – und nicht unbedingt dann, wenn Energie benötigt wird.

Der Allrounder Wasserstoff

Als größter Hoffnungsträger gilt hierbei Wasserstoff, der im Rahmen eines Power-to-Gas-Verfahrens hergestellt wird. „Dabei ist die Wasserstofftechnologie keineswegs neu“, sagt Ulrich Trebbe, Leiter Vertrieb des Geschäftsbereiches Engineering und Anlagenbau bei Bilfinger in Deutschland. „Seit Jahrzehnten wird Wasserstoff zum Beispiel bei der Reformierung von Erdöl oder auch zur Herstellung von Ammoniak oder Methanol genutzt. Zum Einsatz kommt dabei bislang aber vor allem grauer Wasserstoff, bei dessen Herstellung CO₂-Emissionen entstehen.“

Daher soll die Produktion von grünem Wasserstoff ausgebaut werden. Dieser wird emissionsfrei mit erneuerbaren Energien hergestellt und ermöglicht so eine vollständig CO₂-freie Versorgung mit Wasserstoff. Als einer der wichtigsten Einsatzbereiche von grünem Wasserstoff gilt dabei die Industrie: Mit seiner Hilfe könnten die heutigen CO₂-Emissionen in der Prozessindustrie drastisch gesenkt werden, vor allem in der Metall-, Chemie- und Zementindustrie. 

Viele Fragen unbeantwortet

Noch ist die Herstellung von grünem Wasserstoff allerdings mit vielen Herausforderungen verbunden. „Wasserstoff kommt in der Natur in reiner Form nicht vor und muss daher unter erheblichem Einsatz von Energie produziert werden“, so Trebbe. „Um genügend grünen Wasserstoff herstellen zu können, müssen daher große Mengen an erneuerbaren Energien vorhanden sein.“

Und auch der Transport und die Speicherung von Wasserstoff sind keineswegs problemlos. „Wasserstoffmoleküle sind besonders klein und leicht. Daher diffundieren sie durch die meisten Materialien“, erklärt Trebbe. „Dies stellt besondere Anforderungen an Pipelinesysteme und Prozessanlagen, in denen Wasserstoff transportiert und behandelt werden soll.“

Großer Nutzen für die Zukunft

Die Wasserstofftechnologie ist daher noch keineswegs ausgereift. Um ihre enormen Potenziale nutzen und grünen Wasserstoff auch industriell herstellen zu können, wurden rund um die Welt zahlreiche Forschungsprojekte gestartet. Doch die Zuversicht unter den Experten ist groß. „Ich bin fest davon überzeugt, dass grüner Wasserstoff zu einer wesentlichen Säule heranwachsen wird, um unseren CO₂-Fußabdruck zu reduzieren – und zwar sowohl in der Industrie als auch im Alltag“, so Trebbe. „Wir befinden uns erst am Anfang dieser Entwicklung. Aber in absehbarer Zeit wird grüner Wasserstoff ein alltäglicher Brennstoff werden, so wie es heute Erdgas ist.“

Pilotanlage zur Speicherung grünen Stroms

In Falkenhagen betreibt Uniper eine Pilotanlage zur Speicherung und Übertragung von Windstrom. Dabei wird per Elektrolyse grüner Wasserstoff hergestellt, der in den ersten Jahren der Pilotanlage direkt in das Ferngasnetz eingespeist wurde. Heute wird der Wasserstoff mit Kohlendioxid aus einer Bio-Ethanol-Anlage versetzt und so in Methan, also synthetisches Erdgas, umgewandelt. Bilfinger unterstützte beim Bau der Power-to-Gas-Anlage und lieferte das Steuerungssystem sowie Datenspeicher. Außerdem verantwortete Bilfinger das Pipeline-Leckage-Überwachungssystem und die Fernsteuerung des Dispatching.

Veröffentlicht in Ausgabe 03.2021

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