Wenn es gelänge, Wasserstoff effizient in Methan umzuwandeln, könnte er ohne Einschränkungen im Gasnetz genutzt werden. Neue Technologien sollen die Umwandlung effizienter machen.
Die Methanisierung ist ein wichtiger Schritt, um grünen Strom umzuwandeln und so effizient zu speichern. Das Methan lässt sich in das öffentliche Gasnetz einspeisen.
KIT
Wasserstoff ist schwer zu händeln und benötigt eine geeignete Infrastruktur. "Aktuell wird als vielversprechende Option Power to Gas favorisiert, bei der der Wasserstoff unter CO2-Zugabe in Methan umgewandelt wird, so genannte Methanisierung. Das Methan könnte dann in ausreichend großen Mengen im Erdgasnetz langfristig gespeichert und während Dunkelflauten in Gaskraftwerken wieder in Strom rückgewandelt werden", beschreibt Springer-Vieweg-Autor Adolf J. Schwab in seinem Buchkapitel Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien auf Seite 198 eine mögliche Methode, dies zu umgehen.
Im Energy Lab 2.0 des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) wird derzeit daran gearbeitet, grünen Wasserstoff aus Elektrolyse und Kohlendioxid aus der Luft in Methan umzuwandeln. Dazu dienen Waben-Methanisierung und Dreiphasen-Methanisierung.
Elektrische zu molekularer Energie
Wie bei der Herstellung von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen aus Elektrolyse-Wasserstoff wird erneuerbare, elektrische Energie in klimaneutrale molekulare Energie umgewandelt und gespeichert. Methan hat gegenüber Wasserstoff den Vorteil, dass es sich in das bestehende Erdgasnetz einspeisen lässt.
Die Waben-Methanisierung nutzt einen katalytisch beschichteten metallischen Wabenkörper, durch den Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid strömen. An der modular skalierbaren Oberfläche reagieren sie zu Methan und Wasser. Diese Methode hat einen einfachen modularen Aufbau und ist sehr robust.
Modernisierte Anlage erlaubt technisch relevanten Check
Im BMBF-Leitprojekt H2Mare wird eine bisher bestehende Anlage im KIT nun umfangreich modernisiert. Neue Reaktoren steigern die Kapazität der Anlage um das Zehnfache. So können die bisherigen, im Labormaßstab ermittelten Ergebnisse in einem technisch relevanten Maßstab überprüft werden. Betrieben wird die Anlage im Verbund mit einer Gasreinigung und einer Verflüssigung für Liquefied Naturals Gas (LNG) einer Tankstelle.
Bei der Dreiphasen-Methanisierung wird der Katalysator in eine Flüssigkeit eingeführt. Reaktivgase durchströmen das Gemisch im Blasensäulenreaktor. Die dabei entstehende Abwärme lässt sich effizient für andere Prozessschritte nutzen. Diese Art der Methanisierung lässt sich sehr schnell an- und abschalten. Das erlaubt eine flexible Produktion, die sich an schwankende Stromangebote anpassen lässt.
Sollten sich diese Methoden einmal auf industriellen Maßstab skalieren lassen, wäre der Vorteil klar. "Wenn das Kohlendioxid aus der Luft oder aus industriellen Prozessen [...] gewonnen wird, kann es mit elektrolytisch gewonnenem Wasserstoff durch die Umkehrreaktion des Wasserdampfreformierens zu Methan umgewandelt werden (Methanisierung) und als Wasserstoffträger analog dem fossilen Erdgas genutzt werden. Das ist möglich ohne Umstellung des Erdgasnetzes und in einem mit dem fossilen Erdgas völlig kompatiblen Konzept, das eine graduelle Umstellung auf erneuerbares synthetisches Methan erlaubt", beschreibt diesen Vorteil ein Springer-Vieweg-Autorenkollektiv um Sebastian Metz in seinem Buchkapitel Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse und weitere Verfahren auf Seite 243.