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16. Jan. 17

Die Städtischen Betriebe Haßfurt und der Hamburger Ökoenergieanbieter Greenpeace Energy haben gemeinsam einen Windgas-Elektrolyseurs realisiert. Die Anlage wandelt überschüssigen Strom aus dem nahen Bürgerwindpark Sailershäuser Wald sowie aus weiteren Windenergie- und Solaranlagen in erneuerbaren Wasserstoff um.

Zusammen wird es grün

Mit Strom aus Erneuerbaren lassen sich Häuser heizen, Autos bewegen und Gase produzieren. Klimaexperten sind der Ansicht: die Energiewende gelingt nur, wenn Strom, Wärme und Verkehr miteinander gekoppelt werden.

Die Städtischen Betriebe Haßfurt und der Hamburger Ökoenergieanbieter Greenpeace Energy haben gemeinsam einen Windgas-Elektrolyseurs realisiert. Die Anlage wandelt überschüssigen Strom aus dem nahen Bürgerwindpark Sailershäuser Wald sowie aus weiteren Windenergie- und Solaranlagen in erneuerbaren Wasserstoff um.

Von Daniela Becker

Der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland ist ein Erfolgsprojekt. Seit der Einführung des Erneuerbaren-Energie-Gesetz (EEG) stieg der Anteil der erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch sind im Zeitraum von 2000 bis 2016 von rund sechs Prozent auf über 31 Prozent.

Erneuerbare, allen voran Windkraft und Photovoltaik, verdrängen immer mehr fossile Energiequellen aus dem Strommix. Andere Bereiche emittieren allerdings noch immer so viel klimaschädliches Kohlendioxid wie eh und je. Zum Heizen nutzen die Deutschen noch jede Menge Kohle, Erdgas und Öl – und die allermeisten Autos fahren mit Benzin oder Diesel. Der aktuelle Monitoring-Bericht „Die Energie der Zukunft” der Bundesregierung beziffert den Anteil der Erneuerbaren am Wärmeverbrauch für das Jahr 2015 mit 13,2 Prozent, am Verkehr sogar nur mit 5,2 Prozent.

Klimaschutzexperten fordern daher eine so genannte „Sektorenkopplung”. Dieser Begriff bezeichnet das Prinzip, auch in den Bereichen Verkehr und Wärme den Einsatz von fossilen Energien zu reduzieren – und zwar mittelfristig auf Null. Erneuerbarer Strom wäre damit die einzige Primärenergie und würde fossile Energiequellen wie Stein- und Braunkohle, Erdöl, Erdgas und Kernbrennstoffe komplett ersetzen.

Ist das überhaupt möglich?

Michael Sterner, Professor für Energiespeicher und Energiesysteme an der OTH Regensburg, hat die Frage in einem Gutachten für den „Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen” in verschiedenen Szenarien durchgespielt und dabei sogar die stoffliche Nutzung fossiler Ressourcen vor allem im Chemiesektor einbezogen. Er kommt zu dem Schluss: „Die Szenarien sind aus heutiger Sicht zwar sehr ambitioniert, aber unter der Voraussetzung einer stabilen globalen Klimapolitik durchaus machbar.”

Zur Inbetriebnahme des neuen Elektrolyseurs im September 2015 kamen Greenpeace Energy-Vorstand Nils Müller (links), Haßfurts Bürgermeister Günther Werner (Mitte) und Stadtwerke-Chef Norbert Zösch (rechts).

Altbekannt: die E-Lok

Die bekannteste Form der Sektorenkopplung ist Elektromobilität. Züge und Trambahnen nutzen schon lange Strom zum Antrieb. In den jüngeren Klima-Konzepten sieht die Bundesregierung vor, auch den Individualverkehr zunehmend zu verstromen. Der Gedanke: Wenn E-Autos gerade ungenutzt in der Garage stehen, sollen ihre Batterien künftig als Stütze für das Stromnetz dienen.

Diverse Forschungsprojekte arbeiten an Energiemanagementsysteme, die Stromerzeugung und -verbrauch sowie das E-Auto intelligent miteinander verknüpfen und optimal steuern. Wirklich klimafreundlich wird die Elektromobilität natürlich erst dann, wenn der Strommix in Deutschland keinen Kohlestrom mehr enthält.

Wärmeversorgung mit riesigem Tauchsieder

Eine neuere Idee der Sektorenkoppelung ist „Power to Heat”, was auf Deutsch so viel wie „Strom zu Wärme” bedeutet. Ein Beispiel dafür ist der Elektrodenkessel, den die Stadtwerke Münster im Frühjahr 2016 in Betrieb genommen haben.

„Er ermöglicht es, die vom Wetter abhängige Einspeisung von erneuerbaren Energien intelligent in unser Fernwärmesystem zu integrieren und so zeitversetzt nutzbar zu machen”, sagt Dr. Dirk Wernicke, technischer Geschäftsführer der Stadtwerke Münster. Was kompliziert klingt, funktioniert im Grunde wie ein überdimensionaler Tauchsieder. Immer wenn ein Überangebot an grünem Strom im Netz besteht, wird damit Wasser in dem großen Kessel elektrisch erhitzt, das dann in ein Becken gepumpt und dort zwischengespeichert und nach Bedarf zur Fernwärme-Versorgung genutzt wird.

Das gleiche Prinzip funktioniert natürlich auch im privaten Haushalt: Mit Solarstrom aus der Anlage vom eigenen Dach lässt sich Wasser erhitzen. Die Wärmeenergie kann dann in einem Pufferspeicher zwischengelagert werden, der die Energie bei Bedarf wieder an das Heizsystem abgibt oder das Trinkwasser erwärmt. Derartige Systeme eignen sich für Mehrfamilienhäuser, Gewerbebetriebe, Bürogebäude, Schulen, Krankenhäuser und andere Großverbrauchern.

Pro Jahr soll der containergroße Elektrolyseur eine Million Kilowattstunden des Öko-Gases für die 14.000 proWindgas-Kunden von Greenpeace Energy ins Gasnetz einspeisen.

Wasserstoff verbrennt schadstofffrei

Ein ebenfalls recht neuer Ansatz, mittels erneuerbarem Strom die Sektoren Verkehr und Wärme ökologisch zu versorgen, ist „Power to Gas”. Ein Beispiel dafür ist das Windgas-Projekt im unterfränkischen Haßfurt. Gemeinsam mit dem Ökoenergieanbieter Greenpeace Energy hat die Stadt dort eine Anlage errichtet, die mit überschüssigem Grünstrom per Elektrolyse Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt.

Wasserstoff gilt schon lange als Energieträger der Zukunft, da er im Gegensatz zu fossilen Stoffen bei Verbrennung keine schädlichen Emissionen verursacht und sich in das bereits vorhandene Gasnetz einspeisen lässt. Dort ist er prinzipiell auch über lange Zeiträume speicherbar und kann später wieder verstromt werden. Doch erst wenn wie in Haßfurt zur Spaltung Strom aus Erneuerbaren eingesetzt wird, ist dieses Konzept tatsächlich zukunftsfähig.

Der regenerativ erzeugte Wasserstoff aus der Elektrolyse kann unter dem Einsatz von CO2 in einem weiteren Schritt in Methan umgewandelt werden. Über diese so genannte Methanisierung wird ein synthetisches Erdgas erzeugt, dessen brenntechnische Eigenschaften nahezu identisch mit denen von fossilem Erdgas sind. Damit eignet es sich hervorragend, um fossile Gase bei der Wärmeerzeugung zu ersetzen.


Mobil mit grünem Gas

„Power-to-Gas” bietet neben der Elektromobilität eine Chance, den Verkehrssektor klimafreundlich zu gestalten. Bereits heute sind rund 98.000 Erdgasfahrzeuge in Deutschland zugelassen, die ohne Umrüstung sofort mit synthetischem Methan fahren könnten. Mehrere Fahrzeughersteller haben zudem die Markteinführung von Brennstoffzellenfahrzeugen auf Wasserstoffbasis für die nächsten Jahre angekündigt. Aus dem Auspuff käme dann nur noch Wasser.

Bisher gibt es rund 20 Forschungs- und Pilotanlagen auf Basis des Power-to-Gas-Verfahrens. Immer mehr Gewerbe nutzen Wärmespeicher über Power-to-Heat und die Kosten von Batteriespeichern sind im Jahr 2015 drastisch gefallen. Die ersten Schritte, um die einzelnen Sektoren zu verzahnen, sind gemacht. Doch um ein in sich greifendes Netz zu spannen, braucht es mehr als das.

Der Elektrodenkessel in Münster nutzt das zeitweise entstehende Stromüberangebot aus erneuerbaren Energien, um Wasser für die lokale Fernwärmeversorgung zu erhitzen. Weil der Kessel ein sehr kurzfristig zuschaltbarer Verbraucher ist, trägt er dazu bei, Schwankungen im Stromnetz zu vermeiden.

Ausbauziele sind viel zu gering

Zum einen ist für eine zeitnahe Dekarbonisierung der Sektoren Strom, Wärme und Verkehr insbesondere ein rascher und massiver Ausbau der Erneuerbaren nötig. Energieexperte Volker Quaschning empfiehlt in einer Studie zur Sektorenkoppelung als Basis für eine funktionierende Sektorenkoppelung im Jahr 2040 im Bereich Onshore-Windkraft eine installierte Leistung von 200 Gigawatt, für die Offshore-Windkraft 76 Gigawatt und für die Photovoltaik von 400 Gigawatt. Mit den jüngst verabschiedeten Zubaukorridoren im EEG 2017, so sein Fazit, sei dies allerdings absolut unerreichbar.

„Die Politik muss die notwendigen Rahmenbedingungen setzen. Besonders wichtig wäre es, CO2-Emissionen endlich adäquat einzupreisen”, sagt Michael Sterner. Nur so hätten die teilweise noch sehr teuren neuen Technologien eine Chance sich zu etablieren. Dazu fordert Sterner auch ein Ende der Debatte um Letztverbraucherabgaben. Letztlich gelte es, ein neues System zur Finanzierung der Energiewende über alle Sektoren hinweg zu entwickeln. „Dazu können steuerliche Mechanismen zählen oder die Einführung einer „Endverbraucherabgabe” für Strom, Brenn- und Kraftstoffe. Das würde die Wandlung und Verschiebung von Energieträgern innerhalb der Sektoren Strom, Wärme, Verkehr und Chemie ohne hemmende finanzielle Belastungen ermöglichen”, sagt Sterner.

Die Sektorenkopplung samt Energiespeicherung und Netzausbau, da ist sich Sterner sicher, seien das Kernelement einer globalen Energiewende – und aus Klimaschutzsicht absolut notwendig.

Larissa Dieckhoff
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