Erneuerbare Gase sind ein Schlüssel zur Energiewende

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

Mit Power to Gas zum Energienetz der Zukunft

Power to X-Technologien

Um den Energieträger Gas langfristig zukunftsfest zu machen, sind die effiziente Erzeugung und Integration von Gasen aus erneuerbaren Quellen in die Gasinfrastruktur von wesentlicher Bedeutung. Durch die Integration lassen sich CO2-Einsparungen in allen Sektoren realisieren, die an das Gasnetz angeschlossen sind. Die Analyse und Darstellung des Potenzials von erneuerbaren Gasen betrachtet der DVGW als Aufgabe mit hoher Priorität. Die derzeitigen politischen Randbedingungen sind für die Integration von erneuerbarem Gas in die Erdgasinfrastruktur eher hinderlich. An dieser Situation hat sich bis jetzt wenig geändert, obwohl der potentielle gesellschaftliche Nutzen mit Blick auf die Energiewende enorm erscheint.
Um den Energieträger Gas langfristig zukunftsfest zu machen, sind die effiziente Erzeugung und Integration von Gasen aus erneuerbaren Quellen in die Gasinfrastruktur von wesentlicher Bedeutung. Durch die Integration lassen sich CO2-Einsparungen in allen Sektoren realisieren, die an das Gasnetz angeschlossen sind. Die Analyse und Darstellung des Potenzials von erneuerbaren Gasen betrachtet der DVGW als Aufgabe mit hoher Priorität. Die derzeitigen politischen Randbedingungen sind für die Integration von erneuerbarem Gas in die Erdgasinfrastruktur eher hinderlich. An dieser Situation hat sich bis jetzt wenig geändert, obwohl der potentielle gesellschaftliche Nutzen mit Blick auf die Energiewende enorm erscheint.

Demonstrationsprojekte
Projekte zur Demonstration der Power to Gas-Technologie
Demonstrationsprojekte des DVGW; © Copyright DVGW

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 und Elektrolyse
Power to Gas und Elektrolyse
Die Power to Gas-Technologie; © Copyright DVGW

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:

  • Darstellung der erforderlichen Anpassungsmaßnahmen im Netz und bei den Kundenanlagen zur langfristigen Umstellung auf hohe Wasserstoffkonzentrationen
  • Berücksichtigung weiterer Wirtschaftsbereiche durch Sektorenkopplung
  • Standardisierung bei der Elektrolyseurherstellung zur Massenfertigung
  • Optimierung von Einspeisestandorten hinsichtlich des Aufnahmepotenzials des Gasnetzes
  • Mögliche Umwidmung von Erdgasleitungen zu (Teil-) Wasserstoffbetrieb
  • Einsatz von Membrantechnologien zur Wasserstoffabtrennung
  • Bereitstellung von CO2 für die Methanisierung
  • Bedarfsgerechte Optimierung der Power to Gas-Anlagenfahrweise und Kopplung mit anderen Technologien der erneuerbaren Gaserzeugung

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.

Biogase
Der DVGW unterstützt die Produktion von Biogas

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.

Das Forschungscluster Gaserzeugung und Energiesysteme

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.

Archiv der Forschungsberichte aus der DVGW Innovationsoffensive Gas
Ihr Ansprechpartner
Wenn Sie Fragen oder Anregungen zum Forschungsthema Erneuerbare Gase haben, können Sie uns telefonisch oder per-Email erreichen.
Hans Rasmusson
Hauptgeschäftsstelle / Technologie und Innovationsmanagement

Telefon+49 228 91 88-843