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Strom in Gas umwandeln: Wasserstoff und Methan

Die Umwandlung von überschüssigem Strom aus Wind- und Solaranlagen in Wärme gilt ebenso wie die Umwandlung von Elektrizität in Methan oder in Wasserstoff - Power to Gas - als Dreh- und Angelpunkt der Energiewende. Erst diese beiden Technologien machen das System flexibel und bilden eine Brücke zu den Sektoren Wärme und Mobilität. Bei Power to Gas entstehen obendrein zwei Ressourcen, die sowohl speicherfähig als auch vielseitig einsetzbar sind: Methan wird entweder direkt ins Erdgasnetz eingespeist oder in einem Blockheizkraftwerk verbrannt, wodurch man neben Strom auch Wärme gewinnt, die wiederum im Pufferspeicher deponiert werden kann.

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Wasserstoff ist so etwas wie der Universalstoff der Energiewende: Man kann ihn speichern und bei Bedarf mit Hilfe einer Brennstoffzelle in Strom zurückverwandeln. Auf diese Weise treibt er Autos, Busse, Züge und Lastwagen an; in Zukunft vielleicht auch Schiffe und Flugzeuge. Wenn man ihn direkt ins vorhandene Erdgasnetz einspeist, dient er zum Heizen und Kochen oder als Sprit fürs Erdgasauto. Außerdem ist H2 ein wertvoller Grundstoff für die chemische Industrie. Im Rahmen des Projektes Norddeutschen Energiewende entstehen deshalb Elektrolyseure und neue Wasserstoff-Tankstellen, um das große Potenzial des flüchtigen Stoffes für die Industrie nutzbar zu machen.

NEW 4.0 wird vom Bundeswirtschaftsministerium als Schaufensterprojekt für intelligente Energie gefördert und soll auch für andere Regionen als Modell dienen. Volker Quaschning vom Fachbereich Regenerative Energien der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Berlin weist allerdings darauf hin, dass das für den Klimaschutz noch nicht ausreicht: "Zwar werden in diesem Projekt größere Einsparziele für die Sektoren Wärme und Verkehr formuliert, was aus heutiger Sicht einen großen Fortschritt bedeutet", sagt er. "Wollen wir jedoch das Pariser Klimaschutzabkommen einhalten und die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius begrenzen, müssten wir eine komplett klimaneutrale Energieversorgung bis spätestens 2040 aufbauen. Die Ziele von NEW 4.0 sind da immerhin schon recht nahe dran."

Dezentral, flexibel und intelligent: Nur so kann die Energiewende gelingen

Zurück zum Smart Grid in der Werkhalle des Technologiezentrums. Beinahe wie in einem Ökosystem ist hier alles miteinander verknüpft: Das erdgasbetriebene BHKW versorgt das Gebäude mit Wärme für die Heizung und Warmwasser. Der im BHKW zugleich erzeugte Strom wird ebenfalls im Gebäude verbraucht oder ins öffentliche Netz gespeist, genau wie der Strom aus der PV-Anlage. "Zu Forschungszwecken wird dem Erdgas für das BHKW auch Methan und Wasserstoff aus eigener Herstellung zugefügt und dieses Gemisch dann verbrannt", erläutert Wilken. "Bei einem Überschuss an Strom - aus dem Blockheizkraftwerk, der PV-Anlage oder dem öffentlichen Netz - wird der Elektrolyseur in Gang gesetzt, also nach dem Power-to-Gas-Prinzip."

Der auf diese Weise erzeugte Wasserstoff wird in Gasbehältern auf dem Dach gespeichert, bis er gebraucht wird - etwa zur Methanisierung. Dann kommt der große Gärbottich zum Einsatz, in dem Bakterien aus Kohlendioxid und Wasserstoff Methan herstellen. Damit kann man dann später wieder das BHKW befeuern, um Strom und Wärme zu erzeugen. Auch die Wärmepumpe arbeitet idealerweise bei Stromüberschuss. Sie nutzt im Winter die Erdwärme nahe der Oberfläche, um sie zum Heizen oder für Warmwasser zu verwenden. Im Sommer läuft sie rückwärts, holt die Kälte aus dem Boden und kühlt damit das Gebäude. Die mit Wasser gefüllten Pufferspeicher, die in beliebiger Weise miteinander verschaltet werden können, machen es möglich, dass Energie jederzeit zur Verfügung steht, also auch dann, wenn mangels Wind und Sonne gerade kein Strom generiert wird.

  • Das Windkraftwerk in Hamburg-Curslack (Bild: Monika Rößiger)
  • Auf dem Dach des Technologiezentrums: die Photovoltaik-Anlage, der Wasserstoffspeicher (rot) und der hochschuleigene Windpark (Bild: Monika Rößiger)
  • In der Werkhalle: das Lastenfahrrad, im Hintergrund die Batteriespeicher (Bild: Monika Rößiger)
  • Der Elektrolyseur erzeugt Wasserstoff. (Bild: Monika Rößiger)
  • Entscheidend für das Smart Grid: die Steuerung über IT (Bild: Monika Rößiger)
  • Das Elektroauto als mobiler Speicher gehört ebenfalls zum Smart Grid. (Bild: Monika Rößiger)
Der Elektrolyseur erzeugt Wasserstoff. (Bild: Monika Rößiger)

In den Stockwerken über der Werkhalle liegen die Büros der Wissenschaftler, die unterschiedlich spezialisiert sind, etwa auf Anlagen- und Energietechnik, Maschinenbau und thermische Systeme sowie auf Elektro- und Informationstechnik. Gemeinsam sorgen sie für die Datenkommunikation zwischen den Anlagen, deren Prozesse automatisiert ablaufen und auf Bildschirmen visualisiert sind. Dadurch können die verschiedenen Anlagen und Speicher unten in der Halle zu einem virtuellen Kraftwerk zusammengeschaltet werden. In Zukunft soll dieses Kraftwerk seine Kapazitäten weitgehend selbstständig auf dem Energiemarkt anbieten. Die Tests dazu verliefen erfolgreich.

Mit dem inzwischen aufgeladenen E-Auto fahren wir zum Windpark Curslack, zu dem auch die beiden Windanlagen der Hochschule gehören. Insgesamt versorgt der Park mit fünf Anlagen bis zu 15.000 Haushalte mit Windstrom. An der Straßenkreuzung saust ein junger Mann auf einem Skateboard an uns vorbei; mit Helm, Rucksack und Kopfhörern, sehr lässig auf dem Radweg parallel zur Hauptstraße. Im ersten Moment achten wir nicht weiter darauf. Doch dann stutzen wir: Er fährt ja bergauf! Und zwar ziemlich schnell und ohne selbst das Brett anzutreiben. Ein E-Skateboard, also. Wie ein Wink aus der Zukunft, die auf jeden Fall elektromobil wird.

 Dringend erforderlich: Sektorenkopplung und schnelle Datennetze
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becks-b. 08. Mär 2019 / Themenstart

Immer wieder lese ich, dass man bezüglich der Energiewende strikt zwischen Energie- und...

Eheran 21. Feb 2019 / Themenstart

Warum komisch? Es sind 145.3 mio. Tonnen CO2 durch Braunkohle und Jährlich 800mio Tonnen...

Ach 15. Feb 2019 / Themenstart

Im Gegenteil, würden auf diese Weise neu Anreize geschaffen, an klimafeindlichen...

Dwalinn 15. Feb 2019 / Themenstart

Naja einer Taube weint keiner hinterher ein raubvogel der Schädlinge auf dem Feldern...

melaw 14. Feb 2019 / Themenstart

Das Wetter ist wenn dann so gut wie über ganz Europa mies. Ein Land wie Deutschland hat...

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