Technische Tricks für die Energiewende
1. Hochtemperatur Elektrolyse
Über Elektrolyse wird aus Wasser, mittels eines PEM-Stack, unter Mithilfe von Gleichspannung das Wasser (H2O) in Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) zerlegt.
Um 1 kg Wasserstoff zu gewinnen benötigt man eine Leistung von 52 kWh. Wenn man jetzt mit diesem 1 kg Wasserstoff wieder Energie erzeugen möchte, zum Beispiel Glas produzieren, so kann man damit 33 kWh Leistung erzeugen. Das Heißt der Wirkungsgrad liegt bei diesem Prozess bei ca. 63%, also hat man sehr hohe Verluste.
Mit Hilfe einer Hochtemperatur-Elektrolyse kann man diese Umwandlung wesentlich effektiver gestalten. Dabei benötigt man nur noch ca. 40 kWh Energie um 1 kg Wasserstoff zu gewinnen. Das heißt man einen Wirkungsgrad von 82,5%. Warum braucht man bei einer Hochtemperatur Elektrolyse weniger Energie? Durch die hohe Temperatur des Wassers bewegen sich die Atome des Wassers sehr stark, so dass die Bindungskraft der Atome nicht mehr so hoch ist.
2. Methanisierungsanlage
Mit Hilfe einer Methanisierungsanlage wird aus Wassersoff (H) und Kohlendioxid (CO2) Methan hergestellt.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/solarenergie/gas-aus-wind-und-sonne/
Erneuerbares Methan: ein möglicher Langzeitspeicher
Eine Herausforderung bleibt der Ausgleich von Langzeitfluktuationen. Dieser ist mit Kurzzeitspeichern wie den derzeitigen Pumpspeichern nicht wirtschaftlich. Theoretisch könnte der Ausgleich über einen europäischen Stromverbund erfolgen. Allerdings müssten die Transportkapazitäten dafür extrem groß sein und der Ausbau wäre sehr kostspielig. Trotz idealem Netzausbau bliebe daher ein Speicherbedarf. Eine weitere Option ist die Speicherung von Wasserstoff, wofür geeignete Transportnetze und Rückverstromungsanlagen wie Wasserstoffkraftwerke erst noch gebaut werden müssten.
Erneuerbares Methan: ein möglicher Langzeitspeicher
„ Eine Herausforderung bleibt der Ausgleich von Langzeitfluktuationen. Dieser ist mit Kurzzeitspeichern wie den derzeitigen Pumpspeichern nicht wirtschaftlich. Theoretisch könnte der Ausgleich über einen europäischen Stromverbund erfolgen. Allerdings müssten die Transportkapazitäten dafür extrem groß sein und der Ausbau wäre sehr kostspielig. Trotz idealem Netzausbau bliebe daher ein Speicherbedarf. Eine weitere Option ist die Speicherung von Wasserstoff, wofür geeignete Transportnetze und Rückverstromungsanlagen wie Wasserstoffkraftwerke erst noch gebaut werden müssten.
Der größte Energiespeicher in Deutschland ist das Erdgasnetz samt seinen Gasspeichern. Während das Stromnetz in Deutschland mit allen Pumpspeichern nur 0,04 Terawattstunden (TWh) elektrische Energie aufnehmen kann, haben die Erdgasspeicher eine Kapazität von 220 TWh thermischer Energie in Form von Gas. In flexiblen Gaskraftwerken lassen sich daraus wiederum etwa 120 TWh Strom gewinnen, was knapp einem Fünftel des jährlichen Bruttostrombedarfs entspricht. Deshalb entwickelte unsere Gruppe vom Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel zusammen mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg in Stuttgart eine Methode, Strom aus erneuerbaren Energien in synthetisches Erdgas (auch erneuerbares Methan, Windgas oder Solargas genannt) umzuwandeln. Dazu spalten wir mit regenerativem Strom Wasser über eine Elektrolyse in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Der Wasserstoff wird mit CO2 in einer thermochemischen Synthese (Methanisierung) zu Methan umgewandelt. Das erneuerbare Methan (EE-Methan) kann anschließend gespeichert, transportiert und je nach Bedarf als Regel- und Reserveenergie in Gas- oder Gas- und Dampf-Kraftwerken sowie Blockheizkraftwerken in Privathaushalten rückverstromt werden. Darüber hinaus ist EE-Methan wie natürliches Erdgas vielseitig einsetzbar: zur Bereitstellung von Hochtemperatur-Prozesswärme oder als Kraftstoff für Erdgasautos, LKWs oder Schiffe.
Gegenüber reinem Wasserstoff hat EE-Methan einen entscheidenden Vorteil: Es eignet sich für die bestehenden Gasnetze, Gasspeicher und Endverbrauchergeräte. Des Weiteren hat Methan eine dreifach höhere Energiedichte und verbraucht somit dreimal weniger Speicherplatz als Wasserstoff. „ (https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/solarenergie/gas-aus-wind-und-sonne/)
3. Kostengünstige CO2 Abtrennung aus den Abgasen von Kohlekraftwerken.
Für die Herstellung von Methan (CH4) wird einmal Wassersoff benötigt und zusätzlich CO2. Für das Gewinnen des Benötigten CO2 aus den Abgasen von Kohlekraftwerken benötigt man viel Energie und teure Anlagentechniken.
Das von mir hier beschriebene Verfahren gibt es nach meiner Meinung noch nicht und ich weiß auch nicht ob es funktioniert.
Beschreibung des Methan CO2/Wasserstoff Katalysators:
Man würde die Abgase der Kohlekraftwerke über lange Rohre führen, deren Enden zu einer weiteren Abgasreinigungsanlage führen.
Am Anfang des langen Abgasrohrs würde man jetzt Wasserstoff leiten. Am Ende des Abgasrohrs würde man messen wieviel CO2 oder wieviel Wasserstoff noch vorhanden sind. Man würde jetzt die Menge des Eingeleiteten Wasserstoffs so anpassen, dass man ein optimales Ergebnis erreicht, ähnlich wie bei dem Motorkatalysator man den Restsauerstoff misst.
Durch die Einleitung von Wasserstoff entsteht im Abgasrohr, durch die starke Reaktionsfähigkeit des Wasserstoffs mit CO2, direkt Methan. Dieses Methan kann man jetzt aus dem Abgasstrom durch Schwerkrafttrennung aus dem Abgasstrom separieren.