Zwar gibt es in Deutschland zurzeit 18 ähnliche Projekte, aber bislang beherrscht nur das ZSW die ganze Prozesskette. „Noch haben wir einen Vorsprung“, sagt Projektleiter Ulrich Zuberbühler, „Wir sind momentan die Einzigen, die tatsächlich auch Methan mit diesem Verfahren produzieren.“
In einer alten Halle in Vaihingen, die die Forscher von der EnBW gemietet haben, stehen lastwagengroße Gasverdichter aus dem Jahr 1944. Neben den Industriedinosauriern funkelt edelstahlglänzend die Zukunft der Energieversorgung. „Es hat für mich einen besonderen Charme, dass hier die Technik der Vergangenheit einen Bogen zur Zukunft schlägt“, sagt Frithjof Staiß.
Zwei extrem dicke Kabel führen von der 250 Kilowatt starken Trafostation in einen Container voller Zellstapel mit Kalilauge. Durch diesen Elektrolyt fließt Strom, der das ständig zuströmende destillierte Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Die Elektrolyse ist ein altbekanntes Verfahren. Neu sind jedoch die speziellen Anforderungen, die sich hier stellen. Da die Menge an Solarstrom ständig schwankt, muss der Prozess schnell auf diese Änderungen reagieren können. Das erreichen die Techniker durch eine ausgefeilte Regelelektronik, und dadurch, dass sie die Anlage im Standby-Betrieb warm halten.
Seit mehr als hundert Jahren ist der Sabatier-Prozess bekannt, bei dem Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan und Wasser reagiert. Um zukünftig Erdgas aus erneuerbarem Strom herstellen zu können, haben die Wissenschaftler das alte Verfahren für diesen Zweck weiterentwickelt. Der komplizierteste Teil der Anlage ist die Gasdosierung. Prozessregelventile und Massenstromsensoren gewährleisten die richtige Mischung der Gase. In zwei Reaktoren, halb so groß wie Getreidesilos, lösen Nickelkatalysatoren bei Temperaturen von 250 bis 500 Grad die chemische Reaktion aus. Dummerweise läuft die nie vollständig ab. Darum haben die Forscher eine Gasaufbereitungsanlage hinter die Reaktoren geschaltet, in der die nicht reagierenden Bestandteile abgeschieden und erneut in den Prozess einspeist werden. Gasdetektoren an der Decke schlagen Alarm, falls es einmal zu einem Leck kommen sollte. Auf vier Bildschirmen können die Techniker jeden Schritt des komplizierten Prozesses in einem Nebenzimmer beobachten.
Auch wenn die beiden hier eingesetzten Verfahren schon lange bekannt sind, ist ihre Verbindung neu ebenso wie die Herausforderung, die Anlage auf die ständigen Schwankungen des Solarstroms einzustellen. „Wir verwenden altbekannte Verfahren als Lösung für aktuelle Herausforderungen“, sagt der Sprecher des ZSW.
In einer alten Halle in Vaihingen, die die Forscher von der EnBW gemietet haben, stehen lastwagengroße Gasverdichter aus dem Jahr 1944. Neben den Industriedinosauriern funkelt edelstahlglänzend die Zukunft der Energieversorgung. „Es hat für mich einen besonderen Charme, dass hier die Technik der Vergangenheit einen Bogen zur Zukunft schlägt“, sagt Frithjof Staiß.
Zwei extrem dicke Kabel führen von der 250 Kilowatt starken Trafostation in einen Container voller Zellstapel mit Kalilauge. Durch diesen Elektrolyt fließt Strom, der das ständig zuströmende destillierte Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Die Elektrolyse ist ein altbekanntes Verfahren. Neu sind jedoch die speziellen Anforderungen, die sich hier stellen. Da die Menge an Solarstrom ständig schwankt, muss der Prozess schnell auf diese Änderungen reagieren können. Das erreichen die Techniker durch eine ausgefeilte Regelelektronik, und dadurch, dass sie die Anlage im Standby-Betrieb warm halten.
Seit mehr als hundert Jahren ist der Sabatier-Prozess bekannt, bei dem Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan und Wasser reagiert. Um zukünftig Erdgas aus erneuerbarem Strom herstellen zu können, haben die Wissenschaftler das alte Verfahren für diesen Zweck weiterentwickelt. Der komplizierteste Teil der Anlage ist die Gasdosierung. Prozessregelventile und Massenstromsensoren gewährleisten die richtige Mischung der Gase. In zwei Reaktoren, halb so groß wie Getreidesilos, lösen Nickelkatalysatoren bei Temperaturen von 250 bis 500 Grad die chemische Reaktion aus. Dummerweise läuft die nie vollständig ab. Darum haben die Forscher eine Gasaufbereitungsanlage hinter die Reaktoren geschaltet, in der die nicht reagierenden Bestandteile abgeschieden und erneut in den Prozess einspeist werden. Gasdetektoren an der Decke schlagen Alarm, falls es einmal zu einem Leck kommen sollte. Auf vier Bildschirmen können die Techniker jeden Schritt des komplizierten Prozesses in einem Nebenzimmer beobachten.
Auch wenn die beiden hier eingesetzten Verfahren schon lange bekannt sind, ist ihre Verbindung neu ebenso wie die Herausforderung, die Anlage auf die ständigen Schwankungen des Solarstroms einzustellen. „Wir verwenden altbekannte Verfahren als Lösung für aktuelle Herausforderungen“, sagt der Sprecher des ZSW.
Kritiker bemängeln den Stromverlust
Kritiker bemängeln jedoch den geringen Wirkungsgrad der Prozesskette. Wird das Erdgas wieder in Strom zurückverwandelt, bleibt grade mal ein Drittel der ursprünglichen Energie übrig. „Ich würde Verluste vermeiden, wo es geht, und Wasserstoff direkt rückverstromen“, sagt etwa Ferdi Schüth vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung. Das sieht Frithjof Staiß jedoch anders: „Die Infrastruktur für Wasserstoff ist marginal. Methan lässt sich dagegen problemlos transportieren und dort rückverstromen, wo die effizientesten Kraftwerke stehen.“
Jürgen Schmid, der ehemalige Leiter des Fraunhofer-Institutes für Windenergie und Energiesystemtechnik betont, dass es bislang noch gar keine Brennstoffzellenkraftwerke gebe, die in großem Maßstab Wasserstoff in Strom verwandeln könnten. Zudem sei die Energiedichte von Methan viermal höher als die von Wasserstoff, was eine längerfristige Lagerung erleichtere.
Schmid sagt: „Wenn wir die Wärme, die bei jedem Umwandlungsschritt entsteht, durch Kraft-Wärme-Koppelung nutzen, haben wir einen Wirkungsgrad wie bei Pumpspeicherkraftwerken.“ Sicher wird am Ende der Markt entscheiden, welchem Energieträger die Zukunft gehört. Da die praktischen Vorteile und die schon vorhandene Infrastruktur aber für Erdgas sprechen, könnte es gut sein, dass sich das Konzept der Stuttgarter Forscher durchsetzt.