Synthetisches Methan aus erneuerbaren Energien

Die Herstellung von synthetischem Methan

Zur künstlichen Herstellung des Gases sind verschiedene Arbeitsschritte nötig. So gewinnen Experten zunächst Wasserstoff aus der Wasser-Elektrolyse. Anschließend erfolgt die sogenannte Methanisierung, wobei synthetisches Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid entsteht. Während sich das einfach anhört, sind in der Praxis komplexe Prozesse und Anlagen nötig.

Aus Wasser und Grünstrom wird Wasserstoff

Solar- und  Windkraftanlagen  produzieren nur dann viel Strom, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint. Da die Schwankungen jedoch selten zum aktuellen Strombedarf passen, entstehen immer wieder Stromspitzen und Versorgungslücken. Der überschüssige Strom könnte dabei in Zukunft große Anlagen zur Wasserelektrolyse betreiben. Diese versetzen Wasser mit Strom und trennen dieses dabei in Wasserstoff und Sauerstoff. Während sich dabei aktuell Wirkungsgrade von 64 bis 80 Prozent erreichen lassen, ist heute noch unklar, wie effizient die Wasserelektrolyse in Zukunft funktioniert. Denn während Anlagen heute stetig arbeiten, könnte ihre Leistung im Betrieb mit grünem Strom regelmäßig schwanken.

Synthetisches Methan entsteht mit Kohlendioxid

Der im ersten Schritt entstandene Wasserstoff könnte theoretisch direkt in das vorhandene Gasnetz eingespeist werden. Da dieses jedoch nur für Gase mit einem Wasserstoffanteil von fünf Prozent ausgelegt ist, sind weitere Schritte nötig. Ein besonders wichtiger Schritt ist die sogenannte Methanisierung, bei der synthetisches Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid entsteht. Während das aus heutiger Sicht mit Wirkungsgraden von 80 bis 85 Prozent funktionieren kann, ist noch nicht klar, wo das CO₂ herkommt. Möglich ist zum Beispiel die Gewinnung aus  Biogasanlagen, großen Kraftwerken oder Industrieanlagen.

Verdichtung und Einspeisung in das Gasnetz

Da synthetisches Methan nach der Methanisierung annähernd Luftdruck hat, muss es vor der Einspeisung in das  Erdgas-Netz verdichtet werden. Während große Gasspeicher mit einem Druck von rund 200 bar arbeiten, rechnen Forscher bei der Kompression mit etwa 30 bar. Genau wie die vorherigen Prozessschritte wird auch hier wieder zusätzliche Energie benötigt. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 85 und 95 Prozent. Insgesamt lässt sich synthetisches Methan aus heutiger Sicht mit einem Wirkungsgrad von etwa 44 bis 65 Prozent herstellen und in das Gasnetz einspeisen.

Einsatzgebiete für das erneuerbare Gas

Einmal im Gasnetz lässt sich synthetisches Methan für verschiedene Anwendungen nutzen. Denkbar ist zum Beispiel der Einsatz in der Heizung, im Stromnetz oder in der Mobilität.

Synthetisches Methan für die Heizung

Besonders günstig ist zum Beispiel die Verbrennung in einer  Gasheizung. Diese ist ohne zusätzliche Maßnahmen möglich und sorgt für einen deutlichen Anstieg der erneuerbaren Energien im Wärmebereich. Fossile Rohstoffe würden geschont und die effiziente  Gasbrennwerttherme  zu einem nachhaltigen und zukunftsträchtigen Heizsystem.

Das Gasnetz als großer Stromspeicher

Ein weiterer Einsatzbereich für das künstlich hergestellte Gas ist die Stromerzeugung. Hier könnten Gaskraftwerke oder Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung immer dann elektrische Energie produzieren, wenn das Angebot aus Wind- oder Solarkraftanlagen zurückgeht. Während das einen hohen Anteil regenerativer Energien im Strommix ermöglicht, treten bei der sogenannten Rückverstromung weitere Verluste auf. Mit Werten von 35 bis 55 Prozent würde der Wirkungsgrad für den Gesamtprozess dabei auf rund 14 bis 36 Prozent sinken.

Künstliches Gas für die Mobilität

Eine dritte Möglichkeit für den Einsatz von synthetischem Methan ist die Mobilität. So können zum Beispiel Gasautos CO₂-neutral große Reichweiten erzielen. Möglich ist hier jedoch auch der Einsatz von Wasserstoff. Das würde den Herstellungsprozess vereinfachen und hätte einen höheren Wirkungsgrad zur Folge.

Synthetisches Methan und seine Rolle in der Zukunft

Forscher rechnen dem künstlich hergestellten Gas in Zukunft eine große Bedeutung zu. Denn es lässt sich neben dem Strom- auch im Wärme- und Mobilitätssektor einsetzen und über eine vorhandene Infrastruktur verteilen. Damit das zur Realität wird, ist jedoch noch einiges zu tun. Denn heute ist der Herstellungsprozess mit so hohen Kosten verbunden, dass er unwirtschaftlich ist.