• Energiespeicher: Mit ungenutztem Ökostrom soll synthetisches Erdgas hergestellt werden

Energiespeicher : Mit ungenutztem Ökostrom soll synthetisches Erdgas hergestellt werden

Auf diese Weise könnte Energie gespeichert werden. Doch die chemische Reaktion ist noch recht träge. Katalysatoren sollen sie beschleunigen.

Thomas Isenburg
Beschleuniger. Dieser kobalthaltige Katalysator erleichtert die Umwandlung von Kohlendioxid in Methan.
Beschleuniger. Dieser kobalthaltige Katalysator erleichtert die Umwandlung von Kohlendioxid in Methan.Foto: Battenberg/TUM

Der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung nimmt immer weiter zu. Ein Problem aber bleibt: Die Fotovoltaikanlagen und Windräder sind wetterabhängig und liefern nicht unbedingt dann Strom, wenn er gebraucht wird. Daher suchen Forscher nach Methoden, die erzeugte Energie zu speichern und so Zeiten zu überbrücken, in denen der Wind eben nicht weht und die Sonne hinter den Wolken steht.

Eine Möglichkeit besteht darin, mithilfe des Ökostroms sowie Kohlendioxid synthetisches Erdgas herzustellen. Das lässt sich beispielsweise in das Gasnetz einspeisen, um es später – je nach Bedarf – zu nutzen. Bei diesem „power-to-gas“-Verfahren ist Forschern der TU München sowie der Industrie nun ein wichtiger Schritt nach vorn gelungen. Sie entwickelten Katalysatoren, mit denen die chemische Umwandlung besonders effektiv abläuft.

Kohlendioxid und Wasserstoff reagieren zu Methan

Am Anfang der Speichertechnik steht die Elektrolyse von Wasser. Dafür wird der nicht benötigte Ökostrom auf zwei Elektroden im Wasser geleitet, wodurch die Gase Sauerstoff und Wasserstoff frei werden. Letzterer wird dann mit Kohlendioxid zusammengebracht – es entsteht Methan, das auch den Hauptanteil von Erdgas ausmacht. Diese Reaktion ist lange bekannt, sie wurde 1905 von dem späteren Chemienobelpreisträger Paul Sabatier entdeckt. Doch wie viele andere chemische Reaktionen ist sie zunächst träge und die Ausgangsstoffe reagieren nicht vollständig miteinander. Daher suchen Wissenschaftler nach Katalysatoren, die die Reaktion beschleunigen.

Im Rahmen des Projekts IC4 (Integrated Carbon Capture, Conversion and Cycling) wurden in einer Versuchsanlage bei MAN in Deggendorf mehr als 250 Katalysatoren getestet. Vielversprechend waren dabei Nickelverbindungen, mit denen eine Ausbeute von bis zu 95 Prozent Methan erreicht wurde, berichtet der Prozessentwickler Rolf Bank. „Später in der Praxis muss außerdem das ebenfalls entstehende Wasser abgetrennt werden, damit ein trockenes Gas in das Netz eingespeist werden kann.“

Das benötigte CO2 könnte aus Kraftwerken kommen

Das kann allerdings nur gelingen, wenn neben einer Stromquelle auch ausreichend Kohlendioxid (CO2) verfügbar ist. Die Forscher haben dafür Kohlekraftwerke und Zementfabriken im Blick, wo große Mengen des Treibhausgases entstehen, die mit entsprechenden Techniken aus dem Rauchgas der Schornsteine abgetrennt werden. Allerdings enthält das CO2 Verunreinigungen wie zum Beispiel Schwefeldioxid, die bei späteren Reaktionen stören können. Deshalb untersucht RWE in seinem Kraftwerk in Niederaußem, wie gut Kraftwerkskohlendioxid aufbereitet werden muss, damit es mit Wasserstoff aus der Elektrolyse reagieren kann und möglichst viel Methan entsteht.

Bisher ist das Verfahren noch sehr teuer

In der Theorie klingt dieser Ansatz vielversprechend. Ob er praxistauglich ist, muss sich aber noch zeigen. Trotz mancher Fortschritte sieht zum Beispiel Ferdi Schüth vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim „power to gas“ eher kritisch: „Bei allen Verfahren zur Umsetzung von Kohlendioxid mit Wasserstoff muss man sich überlegen, ob das unterm Strich sinnvoll ist.“ Er hält es für besser, den Wasserstoff aus der Elektrolyse direkt zu nutzen, da die Methanherstellung zwangsläufig zu weiteren Verlusten führt, die die Gesamtbilanz der Energiespeicherung schmälern. „Wasserstoff kann mit einem Anteil von bis zu fünf Prozent in das Erdgasnetz eingespeist werden und zudem als Rohstoff für die Chemieindustrie dienen“, sagt Schüth. Das „power-to-gas“-Verfahren hingegen sei gegenwärtig rund zehnmal teurer – und damit bisher kein wirtschaftlicher Energiespeicher.

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