Das Ziel der Energiewende ist es, die Energieversorgung auf erneuerbare Energien umzustellen – beim Stromsektor, aber auch bei Wärme und bei Verkehr. Im Stromsektor gilt es, die sichere Versorgung weiter zu erhalten und Strom bezahlbar zu halten. Das ist nicht nur ein anspruchsvolles, da komplexes technisches Unterfangen. Die Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien befasst auch viel mehr Akteure als die Energiegewinnung der bisherigen, konventionellen Art, was somit einen erhöhten Abstimmungsprozess mit sich bringt.

Von den fossilen zu den nachwachsenden Energiequellen
Bereits im vergangenen Jahrtausend war man sich im Klaren, dass fossile Energiequellen irgendwann versiegen werden. Ideen wurden geboren, wie die fossilen Energiequellen ersetzt werden könnten. Vor über zwei Jahrzehnten wurde das Erneuerbare-Energien-Gesetz beschlossen, womit die Nutzung von diesen alternativen, nachwachsenden Energiequellen gefördert wurde.

Etwa zehn Jahre später wurde der Ausstieg aus der Kernkraft beschlossen, was seine Bekräftigung in der Reaktorkatastrophe von Fukushima im März 2011 fand. Stufenweise geht seitdem ein Kernkraftwerk nach dem anderen vom Netz. Bis Ende 2021 werden die Kernkraftwerke Grohnde, Gundremmingen C und Borkdorf vom Netz gehen. Die drei jüngsten Anlagen Isar 2, Emsland und Neckarwestheim 2 werden spätestens Ende 2022 abgeschaltet.

Und wiederum ein Jahrzehnt später beschließt Deutschland, aus der Kohleverstromung auszusteigen. Bis spätestens Ende 2038 soll in einem festen Stufenplan das letzte Kohlekraftwerk abgeschaltet werden. Haltepunkte sind definiert, an denen der Stufenplan überprüft werden soll, um auch künftige, heute noch nicht absehbare Entwicklungen berücksichtigen zu können.

Förderung nach dem Wettbewerbsprinzip
Diese bedeutenden Ausstiege müssen mit der Energiewende bewältigt werden. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gilt dabei bis heute als das Instrument für den Ausbau der erneuerbaren Energien. Das lässt sich sehen: Inzwischen sind Wind- und Wasserkraft, Photovoltaik und Biomasse zu einem wichtigen Baustein im Strommix geworden, und zwar mit inzwischen 46 Prozent (Stand: Ende 2020). Dennoch gibt es noch viel zu tun.

Der Ausbau der erneuerbaren Energien konzentriert sich mittlerweile auf die kostengünstigsten Technologien. Indem es die Ausbauziele festlegt, passt das EEG die zu fördernden Mengen zudem stets am Bedarf an. Das geltende Vergütungssystem per Ausschreibungen bestimmt letztlich, wer den Zuschlag erhält und wie hoch der Zuschlag ist.

Im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetz 2021 („EEG 2021“) wurde ein Bund-Länder-Kooperationsausschuss zum weiteren Ausbau erneuerbarer Energien eingerichtet. Der Kooperationsausschuss soll einen Monitoringprozess entwickeln, um die Ausbauziele der Länder sowie deren Umsetzungsstand besser zu erfassen und so den Ausbau eneuerbarer Energien insgesamt voranzutreiben.

Gesamtziel ist, die Zusammenarbeit zwischen Bund und Ländern zu vertiefen, um das nächste Ausbauziel von 65 Prozent bis 2030 zu erreichen. Hierzu soll ein regelmäßiges Monitoring erfolgen. Auf Basis von Länderberichten soll der Ausschuss bis zum 31. Oktober eines Jahres einen Bericht an die Bundesregierung übermitteln.

Netze zukunftssicher ausbauen
Mehr und mehr wird die benötigte Energie, vor allem Strom, inzwischen aus Sonne, Wind und Co. erzeugt, und zwar in vielen und durchschnittlich kleineren Anlagen. Vor allem sind sie dezentral über das ganze Land verstreut. Eine Herausforderung für die Transportnetze des so erzeugten Stroms. Sie bilden derzeit das Nadelöhr, weswegen überregionale Übertragungsnetze und Verteilnetze entsprechend zügig ausgebaut werden müssen.

Um das besondere Merkmal von Sonne und Wind, der Wetterabhängigkeit und damit der Unbeständigkeit zu begegnen, müssen Auffangmechanismen verlässlich greifen. So muss Energie aus Spitzenzeiten geschickt verteilt werden, um die Nachfrage bedienen zu können. Und Überschuss muss gespeichert werden werden, um sie bei Flaute anbieten zu können. Für dennoch ungedeckten Bedarf muss es flexible (Gas-)Kraftwerke geben, die schnell hochgefahren werden können.

Aber: Noch sind die deutschen Stromnetze nicht flächendeckend auf den Transport des Stroms aus erneuerbaren Energien ausgelegt. Die Anfang März 2021 in Kraft getretene Änderung des Bundesbedarfsplangesetzes trägt dieser Situation Rechnung, indem es

Planungs-und Genehmigungsverfahren für Netzausbauvorhaben strafft,
prioritär zu verwirklichende Netzausbauvorhaben benennt und aktualisiert und
einen innovativen Ansatz zur Höherauslastung der Bestandsnetze ermöglicht.
Bei allen Veränderungen gilt dabei zuvorderst, dass der sichere Netzbetrieb ungeachtet der steigenden dezentral eingespeisten Strommengen erhalten werden muss. Es gilt zudem, dass für den Bau von Stromleitungen gesellschaftliche Akzeptanz benötigt wird, weswegen auch die Kommunen an den Erträgen beteiligt werden können sollen. Wegen der vielen Stromanbieter, die – auch selbst im Zeitablauf – verschieden viel Strom einspeisen, bedarf es nicht zuletzt sogenannter intelligenter Netze und intelligenter Zähler. Insofern intelligent, als sie mit den Schwankungen bestmöglich umgehen können. Denn eines ist sicher: Der Netzausbau richtet sich nicht an der größtmöglichen Durchlaufmenge aus. Das wäre nicht nur ineffizient, sondern schlichtweg impraktikabel.

Energie sparen und effizienter nutzen
Die Bundesregierung unterstützt Eigentümer darin, Gebäude energiesparend zu sanieren, etwa durch Wärmedämmung oder moderne Heizungsanlagen. Um die Sanierungsrate zu erhöhen, gewährt das KfW-Gebäudesanierungsprogramm Investitionszuschüsse und zinsgünstige Darlehen. Außerdem fördert das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle Heizungsanlagen, die Wärme aus erneuerbaren Energien gewinnen.

Nach und nach erhöht die Energieeinsparverordnung zudem für Neubauten die Energiestandards. Bauherren sind damit verpflichtet, beim Bau ihres Hauses das Thema Energie im Blick zu behalten. Verpflichtend ist inzwischen auch der Energieausweis für Gebäude, der Käufer und Mieter über den Energieverbrauch der Immobilie informiert.

Eine Effizienzstrategie Gebäude für Deutschland bündelt alle Maßnahmen hierzu. Sie skizziert die Weiterentwicklung von CO2-Gebäudesanierungsprogramm, Marktanzreizprogramm, das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz und die Energieeinsparverordnung.

Die Bundesregierung hat darüber hinaus die Förderung der effizienten Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen verstärkt. Das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKG) sieht ein jährliches Fördervolumen von 1,5 Milliarden Euro vor. Dabei wird gezielt die Umstellung der KWK von Kohle auf Gas gefördert.

Bei Elektrogeräten sollen die Energieräuber vom Markt genommen und Energiespargeräte schneller eingeführt werden. Verbraucher müssen leicht erkennen können, wie viel Energie ein Gerät verbraucht. Die Bundesregierung setzt sich für hohe europäische Standards und eine transparente Kennzeichnung ein. Immer mehr Elektro-Produkte sind mit Kennzeichnungen – vor allem mit dem Energie-Label – versehen, die dem Verbraucher einzuschätzen helfen, ob ein Gerät sparsam mit Strom umgeht oder nicht.

Förderung beim Kauf von E-Autos
Die Bundesregierung fördert auch im Verkehrssektor den Umstieg auf abgasarme beziehungsweise abgasfreie Fahrzeuge. Die Bundesregierung erhofft sich dadurch eine bessere Luft, vor allem in Ballungszentren. Im Übrigen fördert die Bundesregierung alternative Antriebe, weil sie nachhaltiger vorgehen will. Dies flankiert sie mit entsprechender Förderung von Forschung und Entwicklung auf diesen Gebieten.

Der Kauf eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges könnte mit einer Förderung in Höhe von bis zu 6.000 Euro attraktiv sein. Angesichts der eher beschränkten Reichweite von Elektroautos zumindest für Stadtfahrten und kürzere Strecken. Diese Fördersumme gilt für Fahrzeuge bis 40.000 Euro Nettolistenpreis. Für Fahrzeuge ab 40.000 bis 65.000 Euro Nettolistenpreis können Interessierte bis zu 5.000 Euro Förderung erhalten. Ihren Antrag können Käufer von Elektro- oder Hybridautos auf der Internetseite des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle online stellen. Das Förderprogramm, das von Bund und Industrie jeweils hälftig getragen wird, gilt bis Ende 2025.

Ein zusätzlicher Anreiz: Elektroautos beim Arbeitgeber aufzutanken bleibt steuerfrei. Halter von einem Elektrofahrzeug zahlen überdies mehrere Jahre lang keine Kfz-Steuer. Außerdem setzt das Elektromobilitätsgesetz weitere Anreize: Es schafft die Grundlagen dafür, dass Städte und Gemeinden den Verkehr für Elektroautos attraktiver machen können, beispielsweise durch eigene Parkplätze mit Ladestationen und die Erlaubnis, Busspuren zu nutzen.

Um den Aufbau einer flächendeckenden Ladeinfrastruktur zu beschleunigen ist vorgesehen, Wohn- und Nichtwohngebäude, die über größere Parkplätze verfügen, mit Lademöglichkeiten zu versorgen. Das soll Laden von Elektrofahrzeugen zu Hause, am Arbeitsplatz oder bei der Erledigung alltäglicher Besorgungen erleichtern.

Quelle Bundesregierung 01.12.2021

Energiewende im Überblick

Im Juli 2021 hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie umfangreiche Modellierungen für die Zukunft des Energiesystems vorgestellt. Die sogenannten „Langfristszenarien für die Transformation des Energiesystems in Deutschland“ zeigen: Die Energiewende benötigt Wasserstoffspeicher in enormem Umfang. Die Gasspeicherwirtschaft arbeitet bereits an den notwendigen Veränderungen. Gefordert ist allerdings auch politische Unterstützung.

Die Langfristszenarien der Bundesregierung hat ein interdisziplinäres Konsortium renommierter Institute und Berater erarbeitet. In den Szenarien werden Pfade zur Erreichung der Treibhausgasneutralität modelliert. Damit soll ein Trichter an Lösungen aufgespannt werden, wie in Deutschland die Klimaschutz-Ziele erreicht werden können. Als Zieljahr wurde zwar noch 2050 angenommen. Die Aussagen der Modellierung verändern sich laut den beteiligten Beratern durch das neue Klimaschutz-Zieljahr 2045 aber nicht grundlegend.

Zur Beschreibung der Klimaschutz-Lösungen haben die Berater drei sogenannte Hauptszenarien entworfen: TN-Strom, TN-H2-G und TN-PtG/PtL. Hinter den rätselhaften Abkürzungen verbergen sich die jeweils vordergründig verfolgten Technologieoptionen. Das Szenario TN-Strom setzt stark auf elektrische Anwendungen. Im Szenario TN-H2-G kommt Wasserstoff umfänglich zum Einsatz. Und im Szenario TN PtG/PtL rücken synthetische Kohlenwasserstoffe in den Fokus. Im weiteren Projektverlauf sollen noch über 25 weitere Szenarien folgen, um Pfadabhängigkeiten auszuleuchten.

LANGFRISTSZENARIEN: ELEKTRIFIZIERUNG KOSTENGÜNSTIGSTER PFAD DER ENERGIEWENDE

Die Langfristszenarien der Energiewende sind eine techno-ökonomische Analyse. Das bedeutet, dass die beteiligten Experten auch die Kosten berechnet haben, die mit den einzelnen Szenarien einhergehen. Die Langfristszenarien kommen zu dem Schluss, dass es kostenseitig zwei unterschiedliche Wege zum Klimaschutz gibt: Entweder es fließt viel Geld in die Infrastruktur oder in die Energieträger.

Die Elektrifizierung im TN-Strom-Szenario führt zu hohen Investitionen in Infrastruktur. Insbesondere müssen dann Stromnetze ausgebaut werden. Die beiden Szenarien TN H2-G und TN PtG/PtL weisen höhere Energiekosten auf. Das liegt insbesondere der vermehrten Produktion von Wasserstoff und seinen Folgeprodukten. Die Kosten für Infrastruktur sinken in diesem Fall jedoch – auch hier vor allem mit Blick auf die Stromnetze.

Die Langfristszenarien der Energiewende kommen zu dem Schluss: Die volkswirtschaftlichen Kosten sind für eine starke Elektrifizierung des Energiesystems am niedrigsten. Das Szenario TN-Strom ist demnach rund 250 Milliarden Euro günstiger als das TN-H2-G-Szenario. Das TN-PtG/PtL-Szenario schneidet sogar rund 360 Milliarden Euro teurer ab.

HOHER BEDARF FÜR WASSERSTOFFSPEICHER VORHANDEN

Die Betreiber von Gasspeichern und Wasserstoffspeichern verfolgen die Entwicklung der Langfristszenarien mit großem Interesse. Die Bundesregierung hat in den Langfristszenarien nämlich auch den zukünftigen Bedarf für Energiespeicher berechnen lassen. Das Ergebnis: Es ergibt sich ein Bedarf an unterirdischen Wasserstoff-Speichern von 47 bis 73 Terawattstunden.

Das TN-Strom-Szenario bringt dabei mit 73 Terawattstunden den größten Wasserstoffspeicher-Bedarf mit sich. Im Szenario TN-H2-G besteht mit 47 Terawattstunden der niedrigste Bedarf. Trotz dieser Unterschiede gibt es eine zentrale Gemeinsamkeit. Alle Wege in die Treibhausgasneutralität benötigen in erheblichem Umfang Wasserstoffspeicher.

GASSPEICHER KÖNNEN WASSERSTOFFSPEICHER-BEDARF IN TEILEN DECKEN

Technische Untersuchungen zeigen: Stellt man einen Gasspeicher von Erdgas auf Wasserstoff um, dann bleiben zunächst etwa 20 Prozent der energetischen Speicherfähigkeit erhalten. Damit könnten die gesamten aktuell in Deutschland installierten Gasspeicher mit einer Kapazität von etwa 255 Terawattstunden Erdgas nach Umstellung etwa 50 Terawattstunden Wasserstoff speichern. Allerdings muss davon ausgegangen werden, dass von den heutigen Porenspeichern mit etwa 90 Terawattstunden Kapazität voraussichtlich nur ein kleinerer Teil zur Speicherung von reinem Wasserstoff fähig sein wird.

Nimmt man die Langfristszenarien der Energiewende ernst, wird die Umstellung des gesamten geeigneten Gasspeicher-Bestands auf Wasserstoff also nicht ausreichen. Für die Erreichung der Klimaschutz-Ziele braucht Deutschland einen Zubau von Wasserstoffspeichern. Im Fall des TN-Strom-Szenarios müsste sich die Kapazitäten der Kavernenspeicher in Deutschland zum Beispiel mehr als verdoppeln.

ENERGIEWENDE BRAUCHT SAUBERE ENERGIEN UND (WASSERSTOFF-)SPEICHER

Die Langfristszenarien bestätigen zunächst alte Erkenntnisse: Die Energiewende braucht neben sauberen Energien auch Speicher. Dass damit vor allem Wasserstoffspeicher gemeint sind, ist in der Debatte eine Erkenntnis mit Neuigkeitswert.

Um den Herausforderungen im Bereich der Wasserstoffspeicherung zu begegnen, bedarf es der politischen Unterstützung. Die INES hat dafür verschiedene Empfehlungen:

• Der Wärmemarkt sollte zumindest in Teilen auf Gas- und Wasserstoff-Heizungen setzen. Die vollständige Elektrifizierung des Wärmemarkts würde bedeuten, dass elektrische Wärmepumpen zum Einsatz kommen, die teilweise durch die Rückverstromung von Wasserstoff in Kraftwerken versorgt werden müssen. Das treibt den Wasserstoff-Bedarf.
• Im Energiesystem sollten wir Biomethan und Erdgas, das zur treibhausgasneutralen Wasserstoff-Produktion genutzt wird, berücksichtigen. So können wir das Potenzial der vorhandenen untertägigen Porenspeicher vollständig nutzen. Denn: Nicht alle Porenspeicher können reinen Wasserstoff lagern.
• Alle Energieträger sollten über den gesamten Lebenszyklus zertifiziert werden. Das verschafft dem Markt Klarheit zu den Einsatzperspektiven von unterschiedlichen Energieträgern und so auch für die Verwendung von Biomethan und Erdgas zur Wasserstoffproduktion.
• Wasserstoffspeicher sollten bei Förderinitiativen und Förderprogrammen stärker in den Blick genommen werden. Entsprechende Überlegungen müssen in die TEN-E-Verordnung und die Leitlinien für Energiebeihilfen der Europäischen Union, aber auch die IPCEI-Projekte und zukünftige geplante Programme des Bundeswirtschaftsministeriums einfließen.

Gemeinsam mit der Politik arbeiten die Gasspeicher-Unternehmen mit Hochdruck an der Bewältigung der anstehenden Herausforderungen und tragen gerne zum Gelingen der Energiewende bei.

SAUBERE ENERGIEN IN GAS- UND WASSERSTOFFSPEICHERN

Die Ampelkoalition will spätestens 2045 kein Gas mehr in Deutschland verbrennen und den Ausstieg sogar noch auf 2040 vorziehen, wenn das technisch machbar ist. Darauf haben sich nach Informationen der „Wirtschaftswoche“ die Verhandler von SPD, Grünen und FDP verständigt. Damit würde Deutschland nach der Kernkraft und der Kohle auch auf den Energieträger Gas verzichten. Anders sei das Ziel der CO2-Freiheit nicht zu erreichen, heißt es aus Koalitionskreisen.

Ein schneller Ausstieg aus dem Gas stellt jedoch Industrie und Immobilienbesitzer vor riesige Probleme. „Gas ist eine Transformationstechnologie hin zum Wasserstoff“, sagt Peter Meyer, Leiter Außenbeziehungen des „Zukunft Gas e.V.“, eines Interessenverbundes der Gaswirtschaft. „Wir brauchen Versorgungssicherheit, aber ohne Gas haben wir sie nicht“, fürchtet Meyer. Der Großteil der Wohnungen und Häuser in Deutschland werden mit Gas beheizt und auch die Industrie kann auf Gas als Energieträger nicht verzichten. „Wir brauchen das Gas noch sehr lange“, sagt Meyer.

Die Lage ist auch deshalb kritisch, weil schon im kommenden Jahr das letzte Atomkraftwerk in Deutschland vom Netz gehen wird und der Ausstieg aus der Kohle auf 2030 vorgezogen werden soll. Für die Netzstabilität sind Gaskraftwerke unverzichtbar, wenn die Sonne nicht scheint und Wind nicht weht, also kaum erneuerbare Energie ins Netz eingespeist werden. Der Umstieg auf neue Techniken, so Meyer, sei „ein Wettlauf mit der Zeit“.

Mehr zum Thema: Mit dem Konjunkturaufschwung nach dem Corona-Schock steigen auch die Gas- und Strompreise. Das bekommen die Verbraucher zu spüren. In der Grundversorgung drohen Mehrkosten von Hunderten Euro im Jahr.

Für Nutzer einer frisch eingebauten Brennstoffzelle heißt das, daß Sie diese auf jeden Fall noch betreiben können, bis diese ohnehin technisch erneuert werden muß. Bestandsschutz für Anlagen die bis dahin noch nicht erneuert werden müssen ist auch eine logische Konsequenz. Also noch mehr als 20 Jahre Zeit. Und als positives Fazit denken wir, das es den Druck erhöht Elektrolyseure für Privathaushalte zur Wasserstofferzeugung, zulassen zu müssen.

22/11/2021

2045 kein Gas mehr in Deutschland?

zu Energieträgern aus Sonnen und Windenergie

Strombasierte Kraftstoffe (Power-to-X) und damit verbundenen Technologien sind maßgeblich für einen klimafreundlichen Luft- und Seeverkehr. Viele Regionen der Welt haben große Potenziale für die Herstellung dieser neuen Energieträger, insbesondere aus grünem Wasserstoff. Das geht aus dem Globalen PtX-Potenzialatlas des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik hervor, der heute präsentiert wird. Positive Wirkungen hat dies auch für den Anlagenbau in Deutschland, da hier an zahlreichen PtX-Verfahren gearbeitet wird. Wie insgesamt der Markthochlauf von strombasierten Kraftstoffen für den Luft- und Seeverkehr erfolgreich gestaltet werden kann, diskutieren Expertinnen und Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft bei der vom BMU ausgerichteten Fachkonferenz.

Bundesumweltministerin Svenja Schulze: „PtX-Technologien sind der Schlüssel für einen klimafreundlichen See- und Luftverkehr. Denn nur bei sehr wenigen Schiffen und Flugzeugen ist der Umstieg auf direkte Stromnutzung überhaupt möglich. Deshalb sind PtX-Produkte das Mittel der Wahl, sofern sie mit grünem Wasserstoff hergestellt werden. Mit dem Markthochlauf von PtX-Technologien entstehen viele neue Arbeitsplätze. Denn für die Entwicklung und Produktion von PtX-Technologien wird das gebündelte Knowhow von Forschern, Ingenieuren und technischen Fachkräften aus Deutschland gebraucht. Gleichzeitig treiben PtX-Technologien die nachhaltige Entwicklung bei unseren Partnern weltweit voran. Denn die Nachfrage nach grünem Wasserstoff zieht den massiven Ausbau erneuerbarer Energien nach sich. Daher will die Bundesregierung mit der deutschen Wirtschaft die Kooperation mit Hochpotenzial-Ländern stärken, dort die nötigen Kompetenzen aufbauen und Lieferketten partnerschaftlich etablieren.“

Kurt Rohrig, Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik: „Für den PtX-Atlas haben wir alle weltweiten Potenziale außerhalb Europas ermittelt und dabei starke Nachhaltigkeitskriterien sowie sozioökonomische Kriterien für Gesellschaft, Politik und Ökonomie zu Grunde gelegt. Im Ergebnis zeigt sich ein langfristig realistisch zu erschließendes Erzeugungspotenzial von insgesamt etwa 69.100 Terawattstunden jährlich (TWh p.a.) für grünen Wasserstoff oder 57.000 TWh p.a. für synthetische Kraft- und Brennstoffe (PtL). Für die Umsetzung ist nicht die Flächenverfügbarkeit der limitierende Faktor, sondern vielmehr die maximal mögliche Ausbaudynamik bei den erneuerbaren Energien, die für die Erzeugungsanlagen von Wasserstoff und PtL zusätzlich zu errichten sind.“

Uwe Lauber, Vorstandsvorsitzender von MAN Energy Solutions und Vorsitzender der VDMA Arbeitsgemeinschaft Power-to-X for Applications: „Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau ist international führend bei der Entwicklung von PtX-Verfahren. Es sind Zukunftstechnologien, die in dieser Dekade bereit sind für die industrielle Skalierung. Gerade die Luft- und Seefahrt ist geprägt von langfristigen Investitionszyklen. Deswegen benötigt die Industrie vor allem Planungssicherheit. Dazu gehören auch robuste Verfahren, die die Klimaneutralität im gesamten Antriebskonzept bewerten. Hierfür sollte sich die Bundesregierung in Brüssel einsetzen, damit die Finanzmarkt-Taxonomie auch PtX-Kraftstoffe anerkennt. Eine Betrachtung, die nur auf die direkten CO₂-Emissionen am Tailpipe fokussiert, führt zu Fehleinschätzungen bei den Gesamtemissionen.“

Grüner Wasserstoff und strombasierte Brenn-, Kraft- und Grundstoffe, auch bezeichnet als PtX-Produkte, werden in Zukunft national wie international einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Dekarbonisierung der Wirtschaft leisten. Neben der direkten Nutzung von Wasserstoff in energieintensiven Industrien mit prozessbedingten Emissionen wie etwa der Stahlindustrie können PtX-Produkte in der Chemieindustrie als Alternative zur Nutzung fossiler Rohstoffe zum Einsatz kommen. Dies gilt auch für Verkehrsbereiche, in denen eine direkte Nutzung von Strom technisch voraussichtlich auch zukünftig nicht möglich ist (zum Beispiel Luft- und Langstreckenseeverkehr).

Viele Regionen der Welt bieten gute Bedingungen für die Produktion von grünem Wasserstoff und PtX-Produkten. Das geht aus dem weltweit ersten PtX-Atlas des Fraunhofer IEE hervor. Die Forscher kommen in ihrer Untersuchung zu dem Ergebnis, dass sich außerhalb Europas langfristig 69.100 Terawattstunden Wasserstoff bzw. 57.000 Terawattstunden strombasierte flüssige Kraftstoffe herstellen ließen. Zum Vergleich: Für die globale Luftfahrt werden 2050 insgesamt mindestens 6.700 Terawattstunden, für den weltweiten Schiffsverkehr 4.500 Terawattstunden strombasierte Kraftstoffe benötigt. In welchen Regionen und Ländern die klimafreundlichen Brenn- und Kraftstoffe zu welchen Kosten und in welcher Menge produziert werden können geht im Detail aus dem PtX-Atlas hervor. Beispielsweise zeigen sich die größten Flächenpotenziale in den USA und Australien, die Kostenuntergrenze der PtX-Erzeugung in Chile und Argentinien. Die Bewertung der technischen und ökonomischen Potenziale basiert auf umfangreichen Analysen beispielsweise der Flächenverfügbarkeit und den Wetterbedingungen. Auch Faktoren wie die lokale Wasserverfügbarkeit, den Naturschutz, die Investitionssicherheit oder die Transportkosten haben die Forscher berücksichtigt. Der PtX-Atlas ist im Rahmen des vom Bundesumweltministerium geförderten Projekts DeVKopSys entstanden.

Das Bundesumweltministerium unterstützt die Weiterentwicklung und den Markthochlauf von PtX-Technologien in verschiedener Weise. Im PtX-Lab Lausitz werden die fachlichen Grundlagen für eine umweltfreundliche Erzeugung und Nutzung von PtX-Technologien geschaffen und Kooperationen von Forschung und Wirtschaft angestoßen. Um PtX-Technologien greifbar zu machen, entsteht überdies eine Demonstrationsanlage in der Lausitz. Die Nationale Wasserstoffstrategie enthält 600 Millionen Euro, die das BMU zur Förderung der Herstellung von strombasierten Kraftstoffen für den Luft- und Seeverkehr nutzen wird. Der International PtX-Hub Berlin soll vor allem in Entwicklungs- und Schwellenländern die nachhaltige Produktion und den Einsatz von klimaneutralen Grund- und Kraftstoffen auf Basis von grünem Wasserstoff vorantreiben. Der Aufbau von internationalen Netzwerken und der interdisziplinäre Wissenstransfer über den PtX-Hub soll einer nachhaltigen Wasserstoff- und PtX-Wirtschaft global zum Durchbruch verhelfen. Der Hub wurde vom Bundesumweltministerium (BMU) gegründet. Des Weiteren begleiten die Fachleute des Kompetenzzentrums für Klimaschutz in energieintensiven Industrien (KEI) den Umstieg der Industrie auf grünen Wasserstoff. Seit Anfang 2021 stehen auch die Mittel aus dem Förderprogramm „Dekarbonisierung in der Industrie“ all jenen Unternehmen zur Verfügung, die in diesem Feld vorangehen wollen.

Der VDMA vertritt rund 3.300 deutsche und europäische Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus. Die Industrie steht für Innovation, Exportorientierung, Mittelstand und beschäftigt rund vier Millionen Menschen in Europa, davon mehr als eine Million allein in Deutschland. In der VDMA Plattform Power-to-X for Applications sind die wesentlichen Player einer PtX-Wertschöpfungskette organisiert: von der Erzeugung erneuerbarer Energie über die Anlagenbauer bis hin zu den Abnehmern künstlicher Kraftstoffe.

04.08.2021 | Pressemitteilung Nr. 192/21 | KlimaschutzGemeinsame Pressemitteilung des BMU, Fraunhofer IEE und VDMA

Neuer PtX Potenzialatlas

Wind, Wasser und Sonne – die erneuerbaren Energien sind der Schlüssel zu einer nachhaltigen Energieversorgung. Die Energiewende basiert auf Innovationen, deren Erfoschung vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt wird.

Der Wohlstand unserer Gesellschaft hängt von einer funktionierenden Energieversorgung ab. Ohne Strom, Wärme und Mobilität ist unser Alltag nicht mehr denkbar. Das Ziel der Energiewende ist es deshalb, eine sichere, wirtschaftliche und umweltverträgliche Energieversorgung zu realisieren. Die Erforschung von Technologien und gesellschaftlichen Konzepten zur nachhaltigen Energieerzeugung, -umwandlung und -verteilung stehen daher im Fokus dieses Projekts.

Für eine nachhaltige Energieversorgung muss der Verbrauch fossiler Energieträger, wie Erdöl, Erdgas und Kohle, gesenkt werden. Bei der Verbrennung dieser fossilen Energieträger entsteht Energie in Form von Wärme sowie das Treibhausgas Kohlendioxid, das in hohem Maß umweltbelastend wirkt und wichtiger Mitverursacher der globalen Erwärmung ist. Der Schlüssel zu mehr Klimaschutz ist eine Energiewende, die durch den Ausbau der Erneuerbaren Energien und mehr Energieeffizienz fossile Energieträger einspart.

Auf dem Weg zu mehr Energieffizienz

Im Zuge der Energiewende ersetzen Erneuerbare Energien, wie Wasser- und Solarkraft, Windenergie, Erdwärme und nachwachsende Rohstoffe die fossilen Energieträger kontinuierlich. Sie sollen bis 2050 rund 60 Prozent am Bruttoendenergieverbrauch und 80 Prozent am Bruttostromverbrauch ausmachen.

Die zweite Säule der Energiewende, neben dem Ausbau der Erneuerbaren Energien, ist eine deutliche Erhöhung der Energieeffizienz. Die Potentiale reichen von Kraftwerksmodernisierung über energieeffiziente Motoren und energiesparende Industrieprozesse bis hin zu und energieeffizienter Gebäudesanierung und Haushaltsgeräten. So soll bis 2020 insgesamt 20 Prozent und bis 2050 rund 50 Prozent weniger Primärenergie verbraucht werden als noch im Jahr 2008. Ein essentielles Werkzeug zur Erhöhung der Energieeffizienz ist beispielweise die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), bei der die Abwärme der Stromerzeugung zum Heizen oder für Produktionsprozesse genutzt wird.

Speicherlösungen entwickeln

Neue Speicherkonzepte und intelligente Energienetze sind zentrale Elemente eines Energiesystems, das auf Erneuerbaren Energien basiert. Da Sonne und Wind nicht kontinuierlich zur Verfügung stehen, ist eine regenerative Stromerzeugung unbeständiger als die der Großkraftwerke. Für Überschüsse, die zu sonne- oder windreichen Zeiten erzeugt werden, müssen Speicherlösungen oder intelligente Netze entwickelt werden. Speicher trennen den Zeitpunkt der Erzeugung und des Verbrauchs voneinander. Die „Förderinitiative Energiespeicher“ soll dazu die notwendigen technologischen Durchbrüche liefern und zu einer schnellen Markteinführung neuer Energiespeichertechnologien beitragen.

Für eine Zukunft mit einem sehr hohen Anteil an regenerativer Stromerzeugung ist das Konzept von Power-to-Gas vielversprechend. Es sieht vor, überschüssigen Wind- oder Solarstrom zur Wasserspaltung zu nutzen und den entstehenden Wasserstoff über Brennstoffzellen zurück in Strom zu wandeln oder in das Erdgasnetz einzuspeisen. Ebenso denkbar ist die Umwandlung von überschüssigem Wind- oder Solarstrom in Wärme (Power-to-Heat), in flüssige Kraftstoffe (Power-to-Fuel) oder in Basischemikalien (Power-to-Chemicals).

Dezentrale Versorgung ist die Zukunft

Der Charakter des Energieversorgungssystems wandelt sich von konventionellen, zentralen Großkraftwerken stärker zu einer dezentralisierten Struktur mit zahlreichen kleinen Erzeugungsanlagen. Dies erfordert eine Anpassung der regionalen und kommunalen Verteilnetze hin zu intelligenten Stromnetzen, in denen Erzeuger, Verbraucher, Speicher und Netzbetriebsmittel miteinander vernetzt sind. Die Forschung zum Ausbau der Stromnetzinfrastruktur und zur Einspeisung hoher Anteile Erneuerbarer Energien in die Übertragungs- und Verteilnetze erfolgt im Rahmen der Förderinitiative „Zukunftsfähige Stromnetze“.

Die Materialforschung ist dabei nicht nur zur Verbesserung von Anlagen zur Energieproduktion erforderlich, sondern auch zur Steigerung der Energieeffizienz und der Ausrichtung fossiler Kraftwerke auf die Energiewende. Materialien können beispielsweise Windkraftanlagen standfester und Baustoffe energieeffizienter und kostengünstiger machen. Auch werden neue Materialien zur Energieerzeugung, wie für Photovoltaik, und -speicherung, beispielsweise zur Wasserstofferzeugung, erforscht. Diese Themen stehen im Zentrum der Förderinitiative „Materialforschung für die Energiewende“.

Forschung für die Energiewende

Mehr als 180 Hochschulen und 120 außeruniversitäre Forschungseinrichtungen treiben die Forschung für die Energiewende heute an. Ihre Aktivitäten decken den gesamten Forschungsprozess ab, von der Grundlagenforschung über Forschung und Entwicklung mit konkretem Anwendungsbezug bis hin zu Demonstrations- und Pilotanlagen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert damit Grundlagenwissen, das die Basis für die Entdeckung neuer Technologien und Innovationen ist. Darüber hinaus ist das Bundesforschungsministerium zuständig für die institutionelle Energieforschung der Zentren der HGF (mit Ausnahme des DLR), der Fraunhofer Gesellschaft, der Max-Planck-Gesellschaft und der Leibniz-Gemeinschaft.

Quelle BMBF 10/2021

Energiewende

UND DIE ENERGIE DER ZUKUNFT

Das Kerngeschäft von Metacon basiert auf einzigartigen, patentierten Technologien, Verfahren und Systemen zur Wasserstoffproduktion durch katalytische Reformierung verschiedener Kohlenwasserstoffe wie Biogas, Erdgas, Flüssiggas und Ethanol. Die Entwicklung erfolgte innerhalb der Tochtergesellschaft Helbio S.A. in Griechenland und wurde seit mehr als 15 Jahren in über 25 verschiedenen Systemen in verschiedenen Ausführungen verifiziert. Für den schwedischen Markt ist Biogas ein ausgezeichneter Rohstoff, der eine kohlenstoffneutrale Wasserstoffproduktion ohne schädliche Emissionen ermöglicht. Die Fähigkeit, den eigens entwickelten Reformer in Brennstoffzellen und andere Systemkomponenten zu integrieren, ermöglicht es Metacon komplett schlüsselfertige Produkte, Systeme und Anlagen in verschiedenen Größen und für diverse Anwendungen anzubieten.

REFORMER UND ENERGIESYSTEME IN ZWEI GRUNDVERSIONEN

Der Reformer wird in zwei verschiedenen Ausführungen angeboten, die für verschiedene Arten von Brennstoffzellen und Marktsegmenten ausgerichtet sind, jedoch auf demselben Grundprinzip bei der katalytischen Dampfreformierung basieren:

• Kompakte Plattenkonstruktion für Massenprodukte, hauptsächlich für KWK-Anlagen mit Brennstoffzellen im Leistungsbereich von 1 bis 5 kW elektrischer Leistung und in zweiter Linie für Netzteile und Ladegeräte. In dieser Ausführung arbeitet der Reformer unter niedrigem Druck und kann mit Brennstoffzellen zusammengebaut werden, die von dem erzeugten Reformat angetrieben werden, d. h. Wasserstoff, bei dem sämtliches CO entfernt wird, aber CO2 sowohl den Reformer als auch die Brennstoffzelle passieren kann.
• Rohrkonstruktion zur Wasserstoffproduktion mit einer Kapazität von 10 – 500 Nm3 / h, bei der die Anwendungsanforderungen für die Reinheit von Wasserstoff sehr hoch sind. Der Reformer arbeitet unter einem Druck von 8 – 10 bar, was eine effiziente Reinigung von bis zu 99,999 % in einer  PSA (Pressure Swing Adsorption) ermöglicht. Mit dieser Technologiekombination kann Wasserstoff in der erforderlichen Qualität sowohl für industrielle Prozesse, KWK-Systeme mit Brennstoffzellen als auch als Brennstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge (Autos, Busse, Lastwagen, Gabelstapler, Schiffe, Züge usw.) und für wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotoren angeboten werden.

REFORMER UND ENERGIESYSTEME IN ZWEI GRUNDVERSIONEN

Der Reformer wird in zwei verschiedenen Ausführungen angeboten, die für verschiedene Arten von Brennstoffzellen und Marktsegmenten ausgerichtet sind, jedoch auf demselben Grundprinzip bei der katalytischen Dampfreformierung basieren:

• Kompakte Plattenkonstruktion für Massenprodukte, hauptsächlich für KWK-Anlagen mit Brennstoffzellen im Leistungsbereich von 1 bis 5 kW elektrischer Leistung und in zweiter Linie für Netzteile und Ladegeräte. In dieser Ausführung arbeitet der Reformer unter niedrigem Druck und kann mit Brennstoffzellen zusammengebaut werden, die von dem erzeugten Reformat angetrieben werden, d. h. Wasserstoff, bei dem sämtliches CO entfernt wird, aber CO2 sowohl den Reformer als auch die Brennstoffzelle passieren kann.
• Rohrkonstruktion zur Wasserstoffproduktion mit einer Kapazität von 10 – 500 Nm3 / h, bei der die Anwendungsanforderungen für die Reinheit von Wasserstoff sehr hoch sind. Der Reformer arbeitet unter einem Druck von 8 – 10 bar, was eine effiziente Reinigung von bis zu 99,999 % in einer  PSA (Pressure Swing Adsorption) ermöglicht. Mit dieser Technologiekombination kann Wasserstoff in der erforderlichen Qualität sowohl für industrielle Prozesse, KWK-Systeme mit Brennstoffzellen als auch als Brennstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge (Autos, Busse, Lastwagen, Gabelstapler, Schiffe, Züge usw.) und für wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotoren angeboten werden.

TECHNOLOGIEN FÜR DEN KRAFTSTOFF