Mobilität der Zukunft: Synthetisches Methan anstelle Benzin und Diesel.
Eine Zukunft von einer Milliarde Autos ohne Diesel und Benzin können wir uns heute noch
kaum vorstellen. Zwar gibt es schon einige Elektrofahrzeuge auf den
Schweizer Strassen, aber insgesamt und international gesehen ist Erdöl
immer noch sehr dominant.
Wollen wir den Klimawandel stoppen, dann kommen wir an einer
Mobilitäts-Alternative für die ganze Welt nicht vorbei. Wie kann ein
solcher Wandel gelingen? International ist einiges in Bewegung. Neue
Technologien werden entwickelt, Innovationen hervorgebracht. Aber stösst die Elektromobilität nicht an ihre eigenen Grenzen? Gibt es denn so viel grünen Strom?
«Einstein» zeigt zusammen mit den Wissenschaftlern der Empa in Dübendorf, wie der Weg in eine klimaschonende Auto-Zukunft aussehen könnte.
Abtransport einer Power to Gas Anlage.
Produktionsanlage für synthetisches Methan am Paul Scherrer Institut.
Die Power to Gas Anlage wird zur Kläranlage Werdhölzli transportiert.
Tankstation für 100% Biogas.
Power to Gas.
Das künstliche Methan ist das Endprodukt von 4 Teilen Wasserstoff und einem
Teil CO2, das mit Hilfe eines speziellen Katalysators hergestellt wird.
Schweizerische Strom-Importe und -Exporte. Power to Gas könnte einen Teil oder den gesamten Stroimport ersetzen.
Versuchsanalge
Industrielle Anwendung: erneuerbare Energien (Wasserkraft, Wind und Solaranlagen) und der CO2 Ausstoss von beispielsweise Fabriken oder Industrieanlagen werden für die Produktion von synthetischem Methan genutzt.
Potenzielles Wachstum bei Elektrofahrzeugen von heute 1.3 Millionen auf mögliche 1'200'000'000 Fahrzeuge.
Das gleichzeitige Voll-Laden von 5000 Elektrofahrzeugen benötigt so wiel Strom, wie ein AKW leisten kann.
Mit Power to Gas wird aus eneuerbaren Energien synthetisches Methan (wie Erdgas) hergestellt. Diese Gas kann ins Erdgasnetz gespiesen, gelagert und für den Antrieb von Gasfahrzeugen genutzt werden. Fast komplett CO2 neutral.
Was ist Power-to-Gas?
Durch einen Methanisierungsprozess wird Wasserstoff oder synthetisches
Methan erzeugt. Es wird dazu überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien
verwendet, deshalb ist PtG CO2 neutral. So können Speicherung und Transport -
die aktuellen Grenzen der erneuerbaren Energien – überwunden werden.
In den Sommermonaten ist die Produktion von Strom aus erneuerbaren Energiequellen übermäßig hoch. Um diesen Überschusses an Strom wirtschaftlich und effizient zu speichern wird aktuell auf der ganzen Welt geforscht. Die Speicherung ist ein zentraler Faktor bei der Dekarbonisierung.
Mit Power-to-Gas kann dieser Überschuss in kohlenstoffneutrales synthetisches Methan umgewandelt werden. Dieses synthetische Methan kann in den Gasnetzen gespeichert werden. Die europäischen Speicherkapazitäten sind beträchtlich. Rund 100 Mrd. m3 stehen zur Verfügung. Diese Menge entspricht etwa 25 % des jährlichen Gasverbrauchs der gesamten EU.
Dieses erneuerbare Gas kann dank der großen Erdgasleitungsnetze schnell durch ganz Europa transportiert und vor Ort verbraucht werden. In Europa gibt es über 200 000 km Hochdruckleitungen, davon 2 250 km in der Schweiz.
Der Methanreaktor in Sitten.
Seit September 2020 testet Gaznat einen Methanreaktor. Der Reaktor wandelt
erneuerbaren Strom durch Elektrolyse in Wasserstoff um. Anschließend wird der
Wasserstoff durch Methanisierung mit CO2 kombiniert. Dies ist eine katalytische
Reaktion im Reaktor (Sabatier-Reaktion), die das synthetische Methan erzeugt. Das
synthetische Methan hat die gleichen Eigenschaften wie Erdgas.
Derzeit wird das verwendete CO2 an einem Industriestandort aufgefangen und in Flaschen abgefüllt. Das synthetische Methan wird in das Verteilungsnetz von OIKEN eingespeist und als kohlenstoffneutrales Gas anerkannt. Außerdem wird die vom Elektrolyseur und vom Reaktor abgegebene Wärmeenergie vollständig aufgefangen und zur Vorwärmung des Gases vor seiner Expansion verwendet.
In dieser Anlage wird fast das ganze Jahr über synthetisches Methan in flachen Mengen produziert. Dies entspricht etwa 79'000 kWh und etwa 140'00 kWh Vorheizenergie pro Jahr wird einspart. Die Machbarkeit der Power-to-Gas-Technologie für die Industrie soll demonstriert werden. Nach dem Erfolg dieses ersten Pilotprojekts prüft Gaznat nun die Möglichkeit, weitere Mess- und Regelstationen (M&R) mit ähnlichen Reaktoren auszustatten.
Mittelfristig soll in industriellem Maßstab erneuerbare Energie erzeugt werden. Energie, die dann für andere Zwecke genutzt werden kann. Gaznat hat sich mit Unterstützung von Prof. Züttel und der EPFL verpflichtet einen 20-mal leistungsfähigeren 225 kW Reaktor zu bauen. Dieser Reaktor hätte eine viel höhere CO2-Umwandlungsrate und einen höheren Wirkungsgrad. Auch im Vergleich zu anderen derzeit auf dem Markt erhältlichen Produkten. So könnte die Technologie in großem Maßstab kommerzialisiert werden.
Demonstrationsanlage «move», Empa in Dübendorf.
Wie kann die Mobilität auf erneuerbare Energie umgestellt werden? Die Empa eröffnete
2015 in Dübendorf eine Demonstrationsanlage unter dem Namen «move». Dabei ging
es um eine Anlage zur Herstellung und Betankung von Wasserstoff. Es wurde unter
anderem ein Lieferwagen betankt, der mit einem Erdgas/Biogas-Wasserstoffgemisch
betrieben wurde.
2018 startete «move» ein neues Projekt. Es geht nun um die Umwandlung von Wasserstoff und CO2 in synthetisches Methan. Anwendung findet das Power-to-Gas-Verfahren. Das synthetische Methan kann für den Betrieb von Gasfahrzeugen verwendet werden. Das synthetisch hergestellte Methan kann im bestehenden Erdgasnetz gespeichert werden. Es braucht somit keine neue (und teure) Infrastruktur, um umweltfreundlich Auto zu fahren.
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Das Verfahren Power to Gas einfach erklärt.