13.09.2021

Power-to-Gas: biologische Methanisierung

Allgemein

Monokultur-Reaktor zur biologischen Methanisierung, M. Sterner, I. Stadler; Energiespeicher: Bedarf, Technologien, Integration; 2 Auflage; Springer-Verlag, Berlin, 2017.

Power-to-Gas (PtG) bezeichnet einen Prozess zur Herstellung von Wasserstoff oder Methan mittels Strom aus erneuerbaren Energien. Es handelt sich um einen chemischen Prozess, der der natürlichen Photosynthese ähnlich ist und stellt eine Alternative zur Energiespeicherung dar. Die Pflanzen wandeln während der Photosynthese Kohlendioxid und Wasser zu Sacchariden bzw. Kohlenhydraten mit Hilfe von Sonnenenergie und mittels eines zweistufigen Prozesses um, während Sauerstoff in der Atmosphäre freigesetzt wird. Die Wasserspaltung (der erste Schritt der Photosynthese) erfolgt technisch beim PtG-Prozess durch die Elektrolyse. Beim zweiten Schritt wird mit Hilfe von CO₂ jedoch statt Kohlenhydraten Methan generiert. Der bei der ersten Stufe erzeugte Wasserstoff oder das durch die Methanisierung erzeugte Gas kann zwischengespeichert oder direkt verwendet werden.

Methan gegenüber Wasserstoff

Damit Wasserstoff als Energieträger breit implementiert werden kann, ist eine entsprechende Infrastruktur notwendig, um es direkt integrierbar und verwendbar zu machen. Aktuell ist jedoch dieser Schritt so unwirtschaftlich, dass die Methanisierung von Wasserstoff trotz der hinzukommenden Kosten, der Verlusten der zusätzlichen Umformung und der Wirkungsgradminderung des ganzen Prozesses eine praktikablere Alternative darstellt. Dank seiner höheren volumetrischen Energiedichte stellt Methan mit 9,97kWh/m³ ein besseres Speichermedium gegenüber Wasserstoff (3,0kWh/m³) hinsichtlich der Speichergröße dar. Der größere Vorteil des Methans ist jedoch die Kompatibilität mit der vorhandenen Erdgasinfrastruktur beim Speichern und transportieren. Der einzige Nachteil im Vergleich zu Wasserstoff ist, dass Methan als Energieträger eine durch Faktor 3 niedrigere gravimetrische Energiedichte aufweist (13,9kWh/kg gegenüber 33,3kWh/kg-demzufolge schwerere Speicher für die gleiche Energiemenge). /1/

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