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News | 10.4.2014
Industrielle Power-to-Gas-Anlage

Mobil mit synthetischem Erdgas

Die Power-to-Gas-Anlage im emsländischen Werlte speist seit Ende 2013 synthetisch hergestelltes Methan ins Erdgasnetz ein.
© PtJ/Alt
Die drei Elektrolyseure mit je zwei Megawatt Leistung gehören zu den größten in Europa.
© PtJ/Alt

Seit Ende 2013 läuft der Regelbetrieb der größten industriellen Power-to-Gas-Anlage im niedersächsischen Werlte. Die Projektpartner konnten zeigen, dass die Anlage synthetisches Erdgas mit über 90 Prozent Methananteil herstellen kann. Dabei arbeitet sie systemdienlich und die Regelenergie kann dabei das Stromnetz stabilisieren. Ein Zwischenbericht des Projekts WOMBAT.

Elektroautos können nur dann wirklich umweltfreundlich sein, wenn der Strom aus regenerativen Energiequellen stammt. Bei Autos, die mit Erdgas – also Methan – oder zukünftig auch mit Wasserstoff betrieben werden, gilt das gleiche. Wirklich nachhaltig sind sie nur, wenn die Energieträger sauber und erneuerbar hergestellt werden.
Audis e-gas-Anlage speist seit Ende 2013 das synthetische Gas ins Netz ein. Inzwischen konnten die Wissenschaftler im Projekt WOMBAT (Wirkungsgrad-Optimierung Methanisierungs- und Biogas-Anlagen-Technologie) mit dem Regelbetrieb demonstrieren, dass sich das synthetische Methan (e-gas) in der für die Einspeisung geforderten Qualität herstellen lässt und die Anlage systemdienlich arbeiten und negative Sekundärregelleistung liefern kann, um das Stromnetz zu stabilisieren. Diese weltweit größte und erste industrielle Power-to-Gas-Anlage (P2G-Anlage) generiert dabei aus Kohlendioxid (CO2), Wasser und erneuerbarem Strom ein einspeisefähiges, synthetisches Methan, das sogenannte Audi e-gas. Am Projekt beteiligt sind Audi, EWE, ETOGAS, MT-Biomethan, das Zentrum für Solarenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) und das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES.

Für die Einspeisung ins Erdgasnetz wird eine bestimmte Methankonzentration im hergestellten synthetischen Erdgas benötigt, die den Vorgaben des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW-Regelwerk, Arbeitsblatt „Gasbeschaffenheit“ G 260) entspricht. Denn Kunden, die über das Erdgasnetz beliefert werden, müssen sich auf die Gasqualität verlassen können.
Zuvor hatte das ZSW die hohe Gasqualität in einer Forschungsanlage mit 250 Kilowatt Eingangsleistung demonstriert. „Nun konnten wir das auch im industriellen Maßstab beweisen“, sagt Reinhard Otten stolz, Stratege in der Nachhaltigen Produktentwicklung bei Audi. Die 6-Megwatt-Anlage arbeitet zudem systemdienlich – so zeigen es die Anfahrversuche im Forschungsbetrieb: „Fällt beispielsweise die Stromnachfrage im Netz plötzlich, nimmt die Anlage innerhalb von circa zwei Sekunden Leistung ab und stabilisiert damit Spannung und Frequenz im Stromnetz“, erklärt Otten weiter. So kann die Anlage noch dynamischer betrieben werden, als es sich die Projektpartner vorgenommen haben.

In zwei Arbeitsschritten zum synthetischen Methan

Die Arbeit der e-gas-Anlage läuft in zwei großen Prozessschritten ab – der Elektrolyse und der Methanisierung. Im ersten Schritt nutzt die Anlage regenerativen Strom, um mit drei Elektrolyseuren Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten. Dieser Wasserstoff könnte als Treibstoff für künftige Brennstoffzellen-Fahrzeuge dienen. Weil dafür jedoch noch eine flächendeckende Infrastruktur fehlt und die Speicherung von Wasserstoff deutlich aufwendiger ist, folgt der zweite Verfahrensschritt: Durch die Reaktion des Wasserstoffs mit CO2 entsteht das Audi e-gas. Es ist chemisch mit fossilem Erdgas fast identisch, lässt sich somit in beliebiger Menge und jederzeit ins Erdgasnetz einspeisen und durch das deutsche Erdgasnetz an die CNG-Tankstellen verteilen und dort tanken.

Mit der Power-to-Gas-Technologie können große Mengen Wind- oder Solarenergie gespeichert und jederzeit und an fast jedem beliebigen Ort und für unterschiedliche Zwecke wieder aus dem Netz entnommen werden. Durch die Umwandlung in Methangas kann das Gasnetz, der größte öffentliche Energiespeicher in Deutschland, für die Stromversorgung erschlossen werden. Das ist mit Wirkungsgradverlusten verbunden. Die konkrete Umsetzung in Werlte zeigte aber: Die Abwärme, die bei Elektrolyse und Methanisierung entsteht, kann beim CO2-Lieferanten der Biogasanlage unter anderem für die Hygienisierung der Abfälle und für die Aufbereitung des Rohbiogases zu Biomethan genutzt werden. Dadurch steigt der Gesamtwirkungsgrad deutlich; nach ersten Abschätzungen auf rund 65 Prozent.

Zielsetzung von WOMBAT bis 2016

Während der Energy Storage 2014 in Düsseldorf referierte Reinhard Otten über die e-gas-Anlage und betonte: „Erst mit der konkreten Umsetzung lassen sich die entscheidenden Fortschritte realisieren. So haben wir neben der Wärmenutzung durch die Biogasanlage noch eine Reihe weiterer Optimierungsmöglichkeiten entdeckt.“ Im nächsten Schritt wollen die Projektpartner zum Beispiel testen, wie durch ein optimiertes Zusammenspiel von Biomethan- und e-gas-Einspeisung die Menge nutzbaren Methans im Betrieb optimiert werden kann. „Wir wollen außerdem testen, welche Auswirkungen es durch die PtG-Anlage auf die Netze gibt“, ergänzt Otten. Zentrale Fragen betreffen dabei die Stabilität des Stromnetzes auf der einen und Gasmengen und Gasqualität auf der anderen Seite, wenn der Anlage ein hochdynamischer Betrieb abverlangt wird.

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