Damit Gas als Energieträger zukünftig weitgehend erneuerbar hergestellt werden kann, kommt Biogas im Rahmen der Energiewende eine besondere Rolle zu. Durch die Technologie Power to Gas werden zudem Gas- und Stromnetz miteinander verbunden.
Erneuerbare Gase; © Foto: DVGW, Roland Horn
Power to X-Technologien
Demonstrationsprojekte haben eine zentrale Bedeutung in der Entstehungsphase einer Technologie. Daher unterstützt der DVGW die Demonstration von Einsatzmöglichkeiten für Power to Gas, etwa über wissenschaftliche Begleitforschungen. Die Power to Gas-Landkarte wird als bestehendes DVGW-Instrumentarium weitergeführt und auf europäischer Ebene erweitert. Das DVGW-Cluster „Gaserzeugung und Energiesysteme“ führt dazu eine kontinuierliche Beobachtung der Power to Gas-Demoprojekte in Deutschland und Europa durch.
Das Projekt EU-Horizon-2020 STORE&GO wird durch den DVGW koordiniert. Es ist das europäische Leuchtturmprojekt zu Power to Gas.
In diesem Projekt werden an drei ausgesuchten Standorten in Europa verschiedene Methanisierungstechnologien erprobt und für den Einsatz in der Gas- und Stromwirtschaft demonstriert. Ein Konsortium von 27 Partnern arbeitet an diesem Projekt. Schwerpunkt ist die Demonstration der neuartigen Technologien sowie die Integration der Power to Gas-Anlagen in Strom- und Gasnetze als Speicher- und Flexibilitätselement. Rechtliche, regulatorische, betriebs- und volkswirtschaftliche sowie gesellschaftliche Aspekte werden im Projekt ebenfalls berücksichtigt.
Power to Gas ist die zentrale Technologie zur bedarfsgerechten Integration erneuerbaren Stroms in unser Energiesystem und trägt zur Dekarbonisierung verschiedener Sektoren bei. Im Zentrum der Entwicklungen stehen aktuell die Erstellung einer Power to Gas-Roadmap, Technologiebewertungen und -optimierungen sowie die Demonstration der Technologie in der Praxis.
Mit den bereits laufenden und abgeschlossenen Power to Gas-Projekten ist es gelungen, das Interesse für das Thema in der Öffentlichkeit und in branchennahen Sektoren zu wecken. Jetzt gilt es, den Weg zur Markteinführung und Umsetzung aufzuzeigen – sowohl auf der Anbieterseite, wie auch in der praktischen Anwendung.
Auch hier müssen die Forschungsarbeiten durch begleitende Untersuchungen und Verbesserungen der rechtlichen Rahmenbedingungen flankiert werden. Folgende Aspekte sind für die Power to Gas-Roadmap von besonderer Bedeutung:
Durch einen Genehmigungsleitfaden für Power to Gas-Anlagen kann ein nachhaltiges Werkzeug zur Unterstützung von Entscheidungen geschaffen werden. Dieser Leitfaden soll im Rahmen der Forschungs-Roadmap entwickelt werden.
Auch hat die weitere Optimierung von Elektrolyse- und Methanisierungsverfahren eine große Bedeutung für die Power to Gas-Technologie – sie zieht Verbesserungen der Funktionalität, Kostensenkungen und Skaleneffekte nach sich. Da es sich bei den technologischen Entwicklungs- und Optimierungsaufgaben um komplexe und kostenintensive Forschungsprojekte handelt, werden diese Projekte in Zusammenarbeit mit den Technologieanbietern durchgeführt.
Fermentative Verfahren der Biogaserzeugung haben in den letzten Jahren einen hohen technologischen Reifegrad erreicht. Inzwischen werden in Deutschland etwa 9.000 Biogasanlagen betrieben. Aktuelle Herausforderungen in diesem Bereich liegen vor allem in der Verbesserung der Marktbedingungen. Doch auch technologische und wirtschaftliche Verbesserungspotenziale sollten nicht außer Acht gelassen werden – sie zeigen sich insbesondere in der Aufbereitung und Konditionierung von Biogasen auf Erdgasqualität.
Zukünftige Optionen bei der Biogasproduktion aus fermentativen Prozessen ergeben sich aus der zusätzlichen Nutzung des im Biogas enthaltenen CO2 für Power to Gas-Prozesse.
Diese Mengen lassen sich über das Verfahren der Methanisierung verwenden – gekoppelt mit der Power to Gas-Technologie. Auf diese Art und Weise könnte die Kapazität der Biogasproduktion in Deutschland auf etwa 20 Milliarden Kubikmeter pro Jahr gesteigert werden. Dies ist durch Forschungsarbeiten zu untermauern, die verfahrenstechnische und sicherheitstechnische Bewertungen beinhalten müssen. So bietet sich insbesondere für bestehende Biogasanlagen eine Zukunftsoption durch die Power to Gas-Kopplung, um einen Weiterbetrieb zu gewährleisten und „stranded investments“ zu vermeiden.
Auch die thermochemische Erzeugung von synthetischem Erdgas (SNG) über die Biomassevergasung ist in diesem Zusammenhang von Interesse. Sie ermöglicht eine Erweiterung des einsetzbaren Biomassespektrums und erfordert prinzipiell größere Anlagen mit geringeren spezifischen Kosten. Im Hinblick auf einen stabilen Betrieb der Synthesegasproduktion stehen hier Forschungsthemen der Prozesstechnik und deren Optimierung im Vordergrund. Wegen der Notwendigkeit der Überprüfbarkeit in der Praxis werden solche Projekte in enger Kooperation mit Demonstrationsprojekten stehen.
Ermittlung des Gesamtpotentials erneuerbarer Gase zur Einspeisung ins deutsche Erdgasnetz (G 201710)
Für die Forschung zum Thema Power to Gas und Erneuerbare Gase ist das Forschungscluster Gaserzeugung und Energiesysteme unter der Leitung von René Schoof zuständig.
Das Forschungscluster Gaserzeugung und Energiesysteme gehört zum Innovationskreis Gas, dessen Aufgabe die Initiierung, Bewertung, Priorisierung und die Sicherstellung der Kommunikation der jeweiligen Forschungsthemen ist.
G 3/01/13: Techno-ökonomische Studie zur biologischen Methanisierung bei Power-to-Gas-Konzepten
G 1/08/10: Einsatz von industriellen und kommunalen Abfallstoffen für die Biogaseinspeisung
G 3/02/12: Einfluss von Wasserstoff auf die Energiemessung und Abrechnung
G 1/07/10: Entwicklung von modularen Konzepten zur Erzeugung, Speicherung und Einspeisung von Wasserstoff und Methan ins Erdgasnetz
G 8/01/11: Analyse des Klimaschutzpotentials der Nutzung von erneuerbarem Wasserstoff und Methan
G 5/05/10: Modelica-Simulation des Systems Nutzer/Gebäuder/Anlagentechnik
G 1/03/10: Monitoring Biogas I + II
G 5/04/09: Bewertung der Energieversorgung mit leitungsgebundenen gasförmigen Brennstoffen im Vergleich zu anderen Energieträgern (Teilprojekt I und II)
G 2/01/11: Synergieeffekte Gas- und Stromnetze – Nutzung von Gasnetzen und -speichern für die Integration von Strom aus Erneuerbaren Energien und zur Entlastung der Stromnetze
G 1/05/09: Energetische Betrachtung der thermochemischen Erzeugung von gasförmigen Brennstoffen und anschließender dezentraler Nutzung mit innovativen Verwendungstechnologien
G 3/01/13: Techno-ökonomische Studie zur biologischen Methanisierung bei Power-to-Gas-Konzepten
G 1/02/12: Wasserstofftoleranz der Erdgasinfrastruktur inklusive aller assoziierten Anlagen
