Geologische Speicherung von Überschussstrom in Form von synthetischem Methan

Um die selbstauferlegten Ziele des Pariser Klimaabkommen zu erreichen, muss Deutschland seine Energieversorgung tiefgreifend verändern. Eine Option wäre die umfängliche Nutzung von Überschussenergie aus erneuerbaren Stromquellen in Form von synthetischem Erdgas. Diese Technologie wird „Power-to-Gas“ (P2G) genannt. Sie bietet einen vielversprechenden Ansatz für die Langzeitspeicherung von Energie und ist so auch in der Lage, das fluktuierende Energieaufkommen nachhaltiger Quellen in Einklang zu bringen mit dem geregelten Energiebedarf der Verbrauchssektoren. Mit P2G wird überschüssiger Wind- und Solarstrom in Wasserstoff und anschließend mit Kohlenstoffdioxid in Methan (synthetisches Erdgas) umgewandelt. Bei Bedarf kann der Strom dann durch die Verbrennung des Methans in einem Gasturbinenkraftwerk wiedergewonnen werden. Auf diese Weise wird das P2G-Verfahren erweitert auf „Power-to-Gas-to-Power“ (PGP). Um den Kohlenstoffkreislauf von PGP zu schließen, wird das bei der Verbrennung entstehende Kohlenstoffdioxid vor Ort aufgefangen. Für die potenziell anfallenden großen Mengen an synthetischem Erdgas sowie für das abgetrennte Kohlenstoffdioxid stehen Speicher im geologischen Untergrund zur Verfügung (Abbildung). Untersuchungen, basierend auf den tatsächlichen Erdgasspeichern in Deutschland, belegen die Wettbewerbsfähigkeit von PGP auf dem Energiemarkt.

Erdgas ist nach wie vor die zweitwichtigste Primärenergiequelle für Deutschland und dient bisher vor allem der täglichen bis saisonalen Kompensation von Verbrauchsspitzen. Das Gas wird größtenteils importiert. Aus diesem Grund spielen geologische Gasspeicher eine zentrale Rolle im deutschen Energiesystem. Mittlerweile aber stagniert das verfügbare Gasvolumen, außerdem spielen Kavernenspeicher eine immer größere Rolle – zum Nachteil bestehender Infrastrukturen in porösen Reservoire. Deshalb wurden in den letzten Jahren einige Untergrundspeicher mit großer Kapazität stillgelegt. In der Summe sind dadurch rund 10 TWh Speicherpotenzial für überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen verloren gegangen.

Auf lange Sicht steht im Untergrund sogar ein Speicherpotenzial von mehr als 80 TWh zur Verfügung – ohne Aufwand für die Erschließung. Dies entspricht in etwa der Menge an Überschussenergie, die für Deutschland im Jahr 2050 erwartet wird. Diese Kapazitäten bieten die Chance, Erdgasimporte deutlich zu reduzieren und sie durch grünes „Wind- und Solargas“ zu ersetzen – was Deutschland wesentliche Vorteile auf dem Weg in die Unabhängigkeit vom globalen Energiemarkt verschaffen würde.

Die hier vorgestellte ökologische Speicherung von Strom in Form von synthetischem Methan beruht auf dem aktuellen Stand der Technik und ist damit auch kurzfristig umsetzbar. Zudem finden sich in Deutschlands geologischem Untergrund mehr als ausreichend große Speicher. In einer Übergangsphase – bis die direkte Wasserstoffspeicherung marktfähig ist – könnte PGP also dabei helfen, die Emission von Treibhausgasen zu reduzieren.

"Power-to-Gas-to-Power“-Kreislauf mit integrierter geologischer Speicherung (verändert nach Kühn et al., 2020)