Technologie

Neues Konzept für saisonale Speicher

22.06.2021 - Wasserstoff und Kohlendioxid verbinden sich im Boden zu Methan.

Im Winter­halbjahr fällt in unseren Breiten zu wenig erneuerbare Energie an, um die kalte Jahreszeit zu überbrücken. Die Forschung an saisonalen Speicher- und Umwandlungs­technologien läuft deshalb auf Hochtouren. Die Eidge­nössische Material­prüfungs- und Forschungs­anstalt Empa ist an einem inter­nationalen Forschungs­projekt beteiligt, das eine unkon­ventionelle Lösung ins Auge fasst: Erneuer­barer Wasser­stoff und Kohlendioxid werden zusammen in den Boden gepumpt, wo natürlich vorkommende Mikro­organismen die beiden Stoffe in Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, umwandeln.

Underground Sun Conversion – Diese vom öster­reichischen Energie­unternehmen RAG Austria AG patentierte Techno­logie bietet einen Weg, um erneuerbare Energie saisonal und in großem Maßstab zu speichern und ganzjährig verfügbar zu machen. Im Sommer wird dabei überschüssige erneuer­bare Energie – beispielsweise Solarstrom – in Wasserstoff umgewandelt. Dieser wird dann zusammen mit Kohlendioxid in natürlichen Untergrund­speichern – zum Beispiel ehemaligen Erdgas­lagerstätten – in über 1000 Metern Tiefe eingelagert. Dort wandeln dann Mikro­organismen aus der Urzeit, die Archaeen, über ihren Stoffwechsel Wasserstoff und CO2 zu erneuer­barem Methan um. Archaeen sind auf der ganzen Welt verbreitet, vorwiegend in anaeroben, also sauerstoff­armen Umgebungen, und sie waren vor Millionen von Jahren bereits für die Umwandlung von Biomasse in Erdgas verantwortlich. Durch die Zuführung von Wasserstoff und CO2 in geeignete poröse Sandstein­lagerstätten wird dieser Prozess gestartet. Das hergestellte Methan kann dann im Winter den Speichern wieder entzogen und als CO2-neutrales Erdgas vielfältig genutzt werden.

Zur Weiter­entwicklung der Techno­logie haben sich nun österreichische und Schweizer Energie­unternehmen und Forschungs­einrichtungen zusammen­geschlossen. In einem vom euro­päischen Forschungsrahmen­programm ERA-Net und vom schweizerischen Bundesamt für Energie geförderten Projekt werden in den nächsten zwei Jahren die technischen und wirtschaft­lichen Potenziale in der Schweiz und Österreich ausgelotet. In der Schweiz sind das Energie­unternehmen Energie 360°, die Empa, die Universität Bern und die Ostschweizer Fach­hochschule OST beteiligt. Die Empa entwickelt dabei eine Perspektive auf das gesamte Energie­system: „Wir schauen uns an, wann und wo Überschuss­strom anfällt, wo geeignete CO2-Quellen wären und wo letztlich auch die Nachfrage nach erneuer­barem Erdgas vorhanden ist“, sagt Martin Rüdisüli von der Abteilung Urban Energy Systems. Zusammen mit den geologischen Voraus­setzungen und den ökonomischen Rand­bedingungen soll daraus eine Landkarte mit möglichen Standorten für die Anwendung entstehen.

Martin Rüdisüli hält die Technologie für vielver­sprechend. Insbesondere deshalb, weil sie neben der bio­logischen Methanisierung auch gleich eine Antwort auf das saisonale Speicher­problem liefert: „Auch bei einem großen Anstieg der Methangas­produktion bräuchte es dank der natürlichen Speicher im Erdinnern keinen Ausbau der oberirdischen Speicher­infrastruktur“, sagt er. In einer Analyse zum Potenzial der Power-to-Gas-Technologie in der Schweiz prognos­tizierte Rüdisüli einen Überschuss von gut zehn Terawatt­stunden Solarstrom in der Schweiz in den nächsten Jahrzehnten – voraus­gesetzt rund die Hälfte der geeigneten Dachflächen würde mit Photovoltaik ausgebaut, was wiederum nötig ist, wenn damit der wegfallende Atomstrom ersetzt werden soll. Wandelt man den Überschuss­strom im Sommer in Methan um, ließen sich damit rund eine Million Gasfahr­zeuge ganzjährig erneuerbar betreiben. „Die Umwandlung von erneuer­barer Elek­trizität in saisonal speicherbare Energie­träger ist ein wichtiger Pfeiler eines dekar­bonisierten Energiesystems“, so Rüdisüli.

Empa / JOL

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