Power to Gas ist ein Verfahren, bei dem Strom auf chemischem Wege zu Gas umgewandelt wird. Hinter dem, was sich fast schon ein wenig nach Science-Fiction anhört, steckten eigentlich recht alte Konzepte. Schon seit Mitte des 19. Jahrhunderts gibt es Überlegungen in diese Richtung. Realisiert wurde die Stromumwandlung zu Gas erstmals im Jahre 1895. Wie aber funktioniert Power to Gas und welche Vor- und Nachteile sind damit verbunden?

Aus Strom und Wasser werden Wasserstoff und Sauerstoff

Zum Betreiben einer Power-to-Gas-Anlage sind neben Strom, welcher in der Regel aus erneuerbaren Energien wie Solar– oder Windkraft stammt, Wasser sowie optional Kohlendioxid erforderlich. Am Anfang des Prozesses steht die Elektrolyse. Das heißt: In der Power-to-Gas-Anlage werden Wassermoleküle mittels Strom aufgespalten. Aus zwei Wassermolekülen werden dabei zwei Wasserstoff- und ein Sauerstoffmolekül. Ergebnis sind also die Gase Wasserstoff und Sauerstoff. Während ersteres prinzipiell bereits nutzbar ist, kann letzteres problemlos an die Umwelt abgegeben oder ebenfalls einer Nutzung zugeführt werden.

Weiterverarbeitung des Wasserstoffs zu Methan

Allerdings ist es sinnvoll und bewährte Praxis in einem weiteren Schritt eine Methanisierung durchzuführen. Hierbei kommen in einem weiteren Reaktor das Wasserstoff (H) sowie zugeführtes Kohlendioxid (CO2) zusammen. Das geschieht über einen Katalysator, durch den aus 4 Wasserstoff-Molekülen (H2) und einem CO2-Molekül 2 Moleküle H2O oder Wasser werden und ein Methangas-Molekül (CH4). Methan, hat gegenüber Wasserstoff einige Vorteile: Es ist nicht so explosiv wie Wasserstoff, gleichzeitig enthält es aber deutlich mehr Energie: statt 3,54 kWh/m3 ganze 11,03 kWh/m3. Außerdem lässt sich Methan ohne weiteres ins Gasnetz einspeisen.

Nutzung im Privatbereich

In privaten Wohnanlagen hatte Power to Gas erst vor Kurzem Premiere. Im Jahre 2019 nahm die weltweit erste Kleinanlage dieser Art in einer Augsburger-Wohnanlage ihren Betrieb auf. Das gewonnene Methan geht dort in einen Tank, der ein Blockheizkraftwerk zur Versorgung des Objektes mit Strom und Wärme speist. Zusammen mit weiteren Maßnahmen konnte so der Nutzungsgrad der selbst erzeugten Energie auf aktuell 87 % gesteigert werden.

Was spricht für Power to Gas?

Die Umwandlungs-Technologie ermöglicht es, überschüssigen Solar- beziehungsweise Wind-Strom in Gas zu wandeln und in dieser Form die Energie über Wochen bis Monate zu speichern. Zukünftig kann diese Aufgabe im Privathaushalt auch eine Kleinanlage übernehmen. Vorausgesetzt der verwendete Strom stammt aus erneuerbaren Quellen, ist das Strom-zu-Gas-Verfahren ein weiterer Schritt dahin, den Verbrauch von fossilen Brenn- und Treibstoffen zu reduzieren. So kann das Methan einerseits zum Heizen, Kochen und zur Erzeugung von Warmwasser verwendet werden sowie andererseits Diesel- oder Benzin-Kraftstoffe ersetzen. Selbst eine Rückverstromung ist möglich.

Das bei der Methanisierung benötigte CO2 kann beispielsweise aus Industriebetrieben, Klär- oder Biogasanlagen sowie direkt aus der Atmosphäre stammen. Auch eine Verwendung von CO2 aus privaten Blockheizkraftwerken ist möglich. Das kann zu einer deutlichen Verringerung der CO2-Belastung führen. An Emissionen fallen bei der Wasserstoffgewinnung lediglich Sauerstoff und bei der Methanisierung Wasser an.

Mit welchen Nachteilen ist eine Power-to-Gas-Anlage verbunden?

Der Hauptnachteil von Power to Gas besteht noch in den hohen Kosten für die erforderliche Technologie. Rund 2.500 bis 3.500 Euro pro Kilowatt Anlagenleistung müssen aktuell noch investiert werden. Bis in die 2030er Jahre hinein wird der Betrieb wahrscheinlich nicht wettbewerbsfähig sein. Ein weiteres Manko ist die geringe Effizienz vor allem dann, wenn das gewonnene Gas als Energiespeicher zur Rückverstromung genutzt wird. Der Energieverlust beträgt hier bis zu knapp 70 Prozent vom eingesetzten Strom. Um den Betrieb einer Power-to-Gas-Anlage zu optimieren, kann bei bestimmten Wetterlagen mangels Solar- oder Windenergie der Einsatz von konventionellem Strom erforderlich werden. Das hat dann den Verlust der Nachhaltigkeit zur Folge.