07. Feb 2018

Die Demonstratoranlage des Projekts Helmeth verbindet Methanisierung (links) und Elektrolyse (rechts) mit einem Wirkungsgrad von 76 Prozent. ©Bild: Sunfire GmbH

Power-to-Gas: EU-Projekt Helmeth erhöht Wirkungsgrad auf 75 Prozent

(ee-news.ch) Um das Erdgasnetz als Puffer für den wetterabhängigen Strom aus Wind und Sonne zu nutzen, sind wirtschaftliche Prozesse nötig, die Strom nutzen, um chemische Energieträger zu erzeugen. Das EU-Projekt Helmeth hat nun gezeigt, dass Hochtemperaturelektrolyse und Methanisierung als gemeinsamer Power-to-Gas-Prozess mit einem Wirkungsgrad von über 75 Prozent im Technikumsmassstab möglich sind.

Der Wirkungsgrad liegt damit 20 Prozentpunkte über dem der Standardtechnologien. Erreicht werden konnte dieses Ergebnis durch die konsequente Nutzung von Synergien zwischen Elektrolyse und Methanisierung. Das Projekt wurde vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordiniert.

Grosser Schritt hin zur Wirtschaftlichkeit
Eine konventionelle Power-to-Gas Industrieanlage setzt rund 54 Prozent der elektrischen Energie erneuerbaren Stroms in chemische Energie des Brennstoffes Methan um. Der Prototyp des EU-Projektes Helmeth, der in etwa in zwei gängige Seefracht-Container von je rund sechs Metern Länge passt, erreichte bei den finalen Messungen einen Wirkungsgrad von 76 Prozent, was auf einen Wirkungsgrad im Industriemassstab von 80 Prozent hoffen lässt. Parallel wurden Studien zur Wirtschaftlichkeit und Klimabilanz der neuen Technologie erstellt. „Mit so hohen Wirkungsgraden macht die Power-to-Gas-Technologie einen grossen Schritt hin zur Wirtschaftlichkeit“, so Dimosthenis Trimis vom KIT, Koordinator des EU-Projektes Helmeth. Sogar Wirkungsgrade von mehr als 80 Prozent scheinen möglich, wenn die in Helmeth identifizierten, limitierenden Prozesschritte durch künftige Forschung in Angriff genommen werden.

Optimale Nutzung der Prozesswärme
Ein grosses Potenzial, das in Helmeth gehoben wurde, lag in der optimalen Nutzung der Prozesswärme aus der Methanisierung, um etwa den Wärmebedarf bei der verwendeten Elektrolysetechnologie zu decken. Insbesondere die Hochtemperaturelektrolyse bei rund 800 Grad Celsius und hohen Drücken hat thermodynamische Vorteile, die den Wirkungsgrad steigern. Bei der Elektrolyse wird der Strom zunächst genutzt, um Wasser in Sauerstoff und den Energieträger Wasserstoff zu zersetzen. Danach reagiert der Wasserstoff gemeinsam mit Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid unter Wärmeentwicklung zu Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, weiter. Der Vorteil von Methan gegenüber Wasserstoff ist, dass es in der bestehenden Erdgasinfrastruktur ohne Begrenzungen oder weitere Aufbereitung eingespeist werden kann. Die Einspeisung von reinem Wasserstoff bedarf möglicherweise bei Transport und Anwendungen grösseren Anpassungen, da Energiedichte und chemische Eigenschaften stark unterschiedlich sind. Das im Helmeth-Projekt erzeugte Erdgassubstitut enthielt letztlich stets Wasserstoffkonzentrationen kleiner 2 Volumenprozent und wäre somit in das gesamte deutsche Erdgasnetz ohne Einschränkungen einspeisefähig.

Text: ee-news.ch, Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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