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Power-to-Gas-Prinzip

Installation für Power-to-Gas

Kombination aus Windkraftanlage, Biogas und Power-to-Gas

Power-to-Gas (P2G, PtG oder Windgas) ist ein Energiespeichertechnologie wo elektrische Energie in chemische Energie in Form von Gas umgewandelt wird. Schließlich lässt sich Gas leichter speichern als Strom. Es lassen sich verschiedene Verfahren unterscheiden, wobei die Hauptunterschiede in der Herstellung zu sehen sind. Das erzeugte Gas kann Wasserstoff oder Methan sein.

Anwendung

Durch die zunehmende Nutzung von Solar- und Windenergie entsteht eine Lücke zwischen Stromangebot und -nachfrage. Der Stromüberschuss kann nicht mit anderen Ländern ausgetauscht werden, wenn die Randzeiten synchron sind und aufgrund der großen Entfernung Übertragungsverluste von mehr als 10 % an Energie auftreten. Power-to-Gas wird in der Regel in Zeiten eingesetzt, in denen die Stromnachfrage geringer ist als die Produktion, um diesen überschüssigen Strom aus Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren zur Gasproduktion zu nutzen. Dadurch wird ein Gleichgewicht von Angebot und Nachfrage im Stromnetz sichergestellt. Auf diese Weise können große Mengen elektrischer Energie (temporär) als Wasserstoff oder Methan für eine spätere Nutzung gespeichert werden. In dem Benelux Projekte werden in Groningen untersucht^[1], Zeebrügge^[2] und Ostende^[3]. Der erzeugte Wasserstoff oder Methan kann zum Heizen verwendet werden, um Strom in a Kombiniert Wärme und Kraft (BHKW), zu kochen oder damit Auto zu fahren. Das Mischen von Wasserstoff in Gas wird beispielsweise auch bei der Herstellung des Gemisches verwendet HCNG.

Lager

Vor der Umstellung auf Erdgas enthielt das Erdgasnetz Stadtgas die aus 50-60% Wasserstoff bestand. Die Speicherkapazität des deutschen Erdgasnetzes beträgt über 200.000 G·h, ausreichend für einen mehrmonatigen Energiebedarf. Der Transportverlust durch ein Erdgasnetz ist mit <0,1% kleiner als der Transportverlust von 8-10% in a Hochspannungsnetz. Die Speicherkosten pro kWh werden auf 0,10 € für Wasserstoff und 0,15 € für Methan geschätzt.^[4] Es gibt mehrere Studien zur Nutzung des bestehenden Erdgasnetzes zur Wasserstoffspeicherung, darunter das Projekt NaturalHy^[5] und TUN.^[6] Die Menge an Wasserstoff, die im Erdgasnetz vorhanden sein darf, wird von der niederländischen Regierung festgelegt. Im Hinblick auf P2G wurde die Höchstkonzentration in den Niederlanden in einer Ministerialverordnung von 0,02 % auf 0,1 % erhöht.^[7]

Techniken

Elektrolyse

Biene Elektrolyse die elektrische Energie wird durch Wasser gespalten Polymerelektrolytmembranelektrolyse im Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂).

${displaystyle mathrm {2 H_{2}O longrightarrow 2 H_{2} O_{2}} }$

Der erzeugte Wasserstoff kann in begrenztem Umfang mit Erdgas gemischt und in das Erdgasnetz eingespeist werden. Der PEM-Elektrolyseur folgt in der Preisentwicklung der PEM-Brennstoffzelle. Die EU strebt an, die Kapitalkosten zu halbieren und die Renditen um 10 % zu steigern.^[8]

• In Betrieb seit 2013 ÄON zusammen mit Hanse, Solvicore und Schweizer Gas zu Falkenhagen eine Installation von 2 MW.^[9] (Einspeisung in das Erdgasnetz)
• Ein 800-kW-Power-to-Gas-Projekt läuft in Hamburg/Reitbrook-Bezirk^[10] und geht 2015 online.^[11] (Einspeisung in das Erdgasnetz)
• Das GRHYD-Projekt (2013-2020) von GDF SUEZ und Arevac in Frankreich hat damit begonnen, Wasserstoff in das Erdgasnetz von 200 Häusern einzuspeisen.^[12]
• 2014 wurde das 360-kW-Projekt der Thüga-Gruppe bei der Mainova Aktiengesellschaft in Frankfurt gestartet.^[13] (Einspeisung in das Erdgasnetz)
• Der 6 MW Mainzer Energiepark^[14] von den Stadtwerken Mainz, Gymnasium RheinMain, Linde und Siemens im Mainz (Deutschland) ab 2015. (Einspeisung in das Erdgasnetz)

Methanisierung

Biene Methanisierung kann der durch Elektrolyse erzeugte Wasserstoff nach dem Sabatier-Reaktion zusammen mit Kohlendioxid (CO₂) umgewandelt werden in Methan (CH₄) und Wasser (H₂Ö).

${displaystyle mathrm {CO_{2} 4 H_{2}longrightarrow CH_{4} 2 H_{2}O} }$

Das Methan wird direkt eingespeist oder erst durch Zugabe von Kohlendioxid auf Grüngasqualität gebracht oder Stickstoff-, wonach das SNG (Ersatz oder synthetisches Erdgas) erwähnt werden. Die Methanisierung ist weniger effizient als die Verwendung von Wasserstoff und es entstehen zusätzliche Kosten für die Installation.^[15]

• ETOGAS hat für Audi zu Werlte baute eine 6-MW-Anlage, die SNG in das Gasnetz von . einspeist MUTTERSCHAF antreibt, kann aber auch als cng in dem Audi A3 g-tron.^[16]

Biogas-Aufrüstung

Der Wasserstoff kann auch verwendet werden, um Biogas aufzuarbeiten. Dies ist eine spezielle Anwendung der Methanisierung, bei der das CO₂ im Biogas enthaltene wird methanisiert. Diese Aufwertungsmethode ist eine Alternative zu Aufbereitungstechniken, bei denen das CO₂ wird abgeschieden und führt zu einer höheren Gasausbeute. Die bei der Elektrolyse frei werdende Wärme wird dann zur Reduzierung der Heizkosten in der Biogasanlage genutzt.

• Zu Delfzijl will ein Konsortium von Torrgas, Siemens AG, Stadt, Gasgewerkschaft, A.Hak, Hanze-Hochschule/Eingang und Energietal bis 2016 eine Anlage mit einer Leistung von 12 MW zur Anreicherung von Torrgas-Biogas mit Wasserstoff in Betrieb nehmen.^[17]

Effizienz

Wirkungsgrad relevanter Energieumwandlungen pro beteiligtem Gas, aufgeschlüsselt nach Umwandlungsart:

Siehe auch

• Power to liquid

Siehe die Kategorie Strom zu Gas von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.