Zwei neue Verfahren : Methan soll Öko-Energie speichern

Mit Öko-Strom lässt sich synthetisches Erdgas herstellen, das später je nach Bedarf wieder verbrannt wird. Franzosen arbeiten an einer besseren Steuerung des Verfahrens, Rostocker erfinden eine Anlage mit geschlossenem Kreislauf.

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Wenn der Wind kräftig bläst, müssen heute schon viele Windkraftanlagen abgeregelt werden. An einer sinnvollen Speicherung von Ökostrom wird intensiv geforscht.
Wenn der Wind kräftig bläst, müssen heute schon viele Windkraftanlagen abgeregelt werden. An einer sinnvollen Speicherung von...Foto: Jan Woitas/dpa

Windkraft- und Solaranlagen produzieren immer mehr Strom – aber nicht genau zu den Zeiten, wenn er gebraucht wird. Vor allem für die sogenannte Dunkelflaute, wenn kaum Sonne scheint und kein Wind weht, wird eine langfristige Speichermöglichkeit gebraucht. Dabei setzen Forscher auf Methan. Es ist Hauptbestandteil von Erdgas und kann künstlich hergestellt werden. Dazu wird der überschüssige Ökostrom genutzt, um aus Wasser mittels Elektrolyse Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) zu gewinnen. Letzteres wird mit Kohlendioxid (CO2) zur Reaktion gebracht, es entsteht Methan (CH4) und Wasser (H2O).

„Power to Gas“ nennt sich das Verfahren. Doch was in der Theorie einfach klingt, hat in der Praxis seine Tücken. Die chemische Reaktion der Methanisierung lässt sich beispielsweise schwer kontrollieren.

Französische Wissenschaftler haben nun eine Methode entwickelt, die die Methanherstellung vereinfachen soll. Herzstück sind winzige Eisencarbidteilchen mit einer Nickelumhüllung, die in einer Trägerschicht fixiert sind. Durch diese Schicht werden Kohlendioxid und Wasserstoff geleitet. Die Nanopartikel wiederum werden durch ein elektromagnetisches Feld binnen Sekundenbruchteilen erhitzt – wie bei einem Induktionsherd. Die zugeführte Energie zusammen mit dem Katalysator Nickel stößt die erwünschte Reaktion an, bei der Methan und Wasser entstehen.

Chemische Speicherung von erneuerbaren Energien an jedem Ort

Das Problem bei der Reaktion, die nach dem französischen Chemiker Paul Sabatier benannt wurde, ist die starke Hitzeentwicklung. Durch die Nanopartikel kann sie besser gesteuert werden.

Hier wird Methan im Labormaßstab hergestellt. Als nächsten Schritt planen die französischen Forscher eine Demonstrationsanlage.
Hier wird Methan im Labormaßstab hergestellt. Als nächsten Schritt planen die französischen Forscher eine Demonstrationsanlage.Foto: Cyril Fresillon/LPCNO/CNRS Photo Library

„Mit dem Einsatz der Induktion lässt sich die Reaktion schnell an- und ausschalten“, erläutert Bruno Chaudret vom Labor für die Physik und Chemie von Nanoobjekten am französischen Forschungszentrum CNRS in Toulouse. „Der größte Vorteil ist jedoch, dass man solche Anlagen später sehr klein dimensionieren kann. Damit wäre die chemische Speicherung von erneuerbaren Energien an jedem Ort möglich.“

Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler das Verfahren aus dem Labor holen und eine Demonstrationsanlage errichten.

Auch die Abwärme aus der Sabatier-Reaktion wird genutzt

Weiter ist die Rostocker Firma Exytron mit einem Verfahren, bei dem die Methanisierung ebenfalls eine Rolle spielt. Das Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock hat dafür einen Reaktor entwickelt, in dem die Sabatier-Reaktion kontrolliert abläuft. Er besteht aus einem Rohr mit einem Katalysator darin – in diesem Fall gekörntes Aluminiumoxid, auf dem sich fein verteilt Nickel befindet.

Am Anfang des Rohrs, wo Wasserstoff und Kohlendioxid zusammentreffen, ist der Katalysator mit einem nicht-reagierenden Material verdünnt. Denn hier ist die Hitzeentwicklung der Sabatier-Reaktion am stärksten. Zum Ende des Rohrs hin nimmt die Verdünnung ab. Damit steigt die Methanausbeute und die Wärmeentwicklung erfolgt über das Rohr verteilt.

Schema einer kombinierten Anlage zur Methaniserung und Beheizung: Mit Strom aus erneuerbaren Quellen (grün) stellt sie Methan her, das verbrannt wird und Warmwasser bereitet (rot). Überschüssiges Methan fließt in einen Tank (blau).
Schema einer kombinierten Anlage zur Methaniserung und Beheizung: Mit Strom aus erneuerbaren Quellen (grün) stellt sie Methan her,...Grafik: Exytron

„Unsere Aufgabe war es, einen Mittelweg zu finden, bei dem die Produktivität hoch bleibt, aber die Reaktionswärme nicht zu stark wird“, erläutert Andreas Martin vom Leibniz-Institut für Katalyse.

Das erzeugte Methan wird in einem kleinen Tank gespeichert und je nach Bedarf später in einem Blockheizkraftwerk verbrannt, um Strom und Wärme zu erzeugen. Auch die Abwärme aus der Sabatier-Reaktion wird genutzt.

Abgase als Rohstoff

Der Clou bei der Exytron-Anlage ist jedoch ihr geschlossener Kreislauf: Das Kohlendioxid, das bei der Verbrennung des Methans abfällt, wird aufgefangen und wieder zur Produktion von Methan genutzt. „Die Abgase gelangen also nicht in die Umwelt, sondern wir gebrauchen sie als Wertstoff“, sagt Klaus Schirmer von Exytron.

In einem Pilotprojekt in Alzey bei Worms wird gerade eine Reihenhaussiedlung mit der neuen Technik gebaut. Den Wasserstoff, mit dem das Methan hergestellt wird, erzeugt ein Elektrolyseur, der zu rund 40 Prozent mit Solarstrom von den Dächern der Häuser betrieben wird. Der Rest soll von einem Ökostromlieferanten kommen. Die Fertigstellung der Siedlung ist für Herbst dieses Jahres geplant.

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