Erneuerbarer Strom, Wasserstoff und Methan Klimafreundliche Tankstelle

Wissenschaftler des ZSW entwickeln derzeit die Tankstelle der Zukunft, diese soll dort die Bereitstellung von Strom, Wasserstoff sowie das Erdgassubstitut Methan aus regenerativen Quellen gewährleisten. Das Vorhaben wird vom Bundeswirtschaftsministerium mit rund 1,3 Millionen Euro gefördert, dauert fünf Jahre lang und erfolgt im Rahmen des Quarree 100-Projekts. In diesem wird die vollständige erneuerbare Energieversorgung eines Stadtteils getestet.

Enormes Ausbaupotential

Methan aus Ökostrom für Erdgasautos ist ein klimafreundlicher Kraftstoff. Noch fehlt dazu jedoch die entsprechende Tankstelle. Bislang werden Strom- und Wasserstofftankstellen massiv ausgebaut. Eine Tankstelle, die Strom, Wasserstoff und auch Methan liefert, gibt es bislang noch nicht. Das soll sich nun ändern.

Umwandlung von Ökostrom in Wasserstoff

Die Idee dafür ist eine Multienergiezapfsäule. Erneuerbarer Strom, etwa aus Windkraftanlagen, soll über das Stromnetz direkt in die Batterie der Elektroautos geladen werden. Ist der Bedarf höher als das Angebot, springt eine zugeschaltete stationäre Großbatterie ein, die zuvor bei einem Überangebot an Strom gefüllt wurde. Wenn die Batterie voll ist, können auch die tankenden Elektroautos den Strom nicht mehr abnehmen, so erfolgt bei Bedarf in einem zweiten Schritt die Umwandlung des Ökostroms in Wasserstoff. Diesen Kraftstoff nutzen Brennstoffzellenfahrzeuge. Fällt mehr Wasserstoff an, als gebraucht wird, kommt er in einen Speicher.

Methan aus der Zapfsäule

In einem dritten Schritt erzeugt die Tankstelle der Zukunft Methan. Geplant ist dass das erfolgt, wenn der Wasserstoffspeicher voll ist und die Brennstoffzellenautos das Gas nicht abnehmen. Zur Umwandlung in Methan wird dem Wasserstoff Kohlendioxid zugeführt. Beide Gase reagieren an einem Katalysator zu Methan. Methan ist der Hauptbestandteil von Erdgas, so können Erdgasautos den Kraftstoff problemlos nutzen. Ist mehr verfügbar als getankt wird, kommt das Methan ebenfalls in einen Speicher. Ist dieser voll, wird das Methan in das Erdgasnetz eingespeist.

Im 100-Kilowatt-Maßstab weiterentwickelt

Gelagert werden können die chemischen Langzeitspeicher ohne Verluste. Wird die bei der Umwandlung entstehende Abwärme genutzt, steigert das den Wirkungsgrad um einige Prozentpunkte. Das Ziel des ZSW-Projekts ist es, die Effizienz, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit der beiden Hauptkomponenten zu verbessern. Bei ihnen handelt es sich um einen alkalischen Druck-Elektrolyseur und einen Plattenreaktor zur Methanisierung. Sie werden im 100-Kilowatt-Maßstab weiterentwickelt. Um die Elektrolyse und die Methansynthese zeitlich voneinander zu entkoppeln, ist ein Wasserstoffzwischenspeicher vorgesehen.

Start für 2020 festgelegt

Für die technische Entwicklung inklusive Sicherheitskonzept und Klärung aller Genehmigungsdetails, haben die Forscher drei Jahre Zeit. In einem Demonstrationsbetrieb vor Ort soll das Ganze dann ab dem Jahr 2020 getestet werden. Das Leuchtturmprojekt Quarree 100, zu welchem das ZSW-Vorhaben gehört, wird mit 24 Millionen Euro gefördert. Im dessen Rahmen setzen Institute, Unternehmen und die öffentliche Verwaltung den nachhaltigen Umbau der Energieversorgung eines Stadtquartiers in der Stadt Heide um. Die Tankstelle fungiert hierbei im Quartier als Energiezentrum für die Energiewandlung und -speicherung.

Mobilität klimafreundlicher machen

Eine Nutzung außerhalb des Stromnetzes, etwa in Elektroautos und als alternativer Kraftstoff, würde den Sektor Mobilität klimafreundlicher machen. Die alternativen Kraftstoffe Wasserstoff und Methan haben zudem den großen Vorteil, als chemische Speichermedien lange ohne Verluste gelagert und in das deutsche Erdgasnetz eingespeist werden zu können, wo sie auch für die Sektorkopplung zur CO₂-neutralen Wärmeversorgung von Gebäuden bereitstehen.