Power-to-Gas Speicher: Unterschied zwischen den Versionen

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Version vom 17. Oktober 2025, 14:08 Uhr

Definition und Funktionsweise

Power-to-Gas beschreibt ein Energiespeichersystem, das regenerativ erzeugte elektrische Energie in gasförmige Energieträger wie Wasserstoff oder Methan umwandelt. Diese Gase können sowohl materiell als auch energetisch zur Substitution fossiler Energieträger genutzt werden. Dabei wird die vorhandene Gasinfrastruktur genutzt, was große Speicher- und Übertragungspotenziale erschließt.

Der Prozess beginnt mit der Elektrolyse, bei der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Der Wasserstoff kann direkt verwendet oder ins Erdgasnetz eingespeist werden. Da der Wasserstoffanteil im Erdgasnetz begrenzt ist, wird oft eine Methanisierung durchgeführt. Dabei reagiert Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan, das unbegrenzt ins Gasnetz eingespeist werden kann. Das Kohlendioxid stammt aus erneuerbaren Quellen wie Biogasanlagen.

Power-to-Gas verbindet das Strom- und Gasnetz und erhöht den Anteil erneuerbarer Energien in der Energieversorgung. Besonders für die saisonale Speicherung von Energie ist diese Technologie wichtig.

Mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien wird die Flexibilität des Stromsystems immer wichtiger. Power-to-Gas-Technologien bieten eine Lösung, indem sie überschüssigen Strom in speicherbares Gas umwandeln. Obwohl diese Methode derzeit noch kostspielig ist und Energieverluste verursacht, spielt sie eine zentrale Rolle bei der Versorgungssicherheit.

Einspeisung

Wasserstoff und Methan können grundsätzlich an beliebigen Punkten ins Erdgasnetz eingespeist werden. Bevorzugt wird dies jedoch an bestehenden oder neuen Gasversorgungsanlagen wie Gaswerken, Verdichterstationen und Hybridkraftwerken eingespeist, da diese bereits über die notwendige Messtechnik zur Überprüfung der eingespeisten Gasmenge verfügen.

Vorteile

Power-to-Gas-Speicher bieten mehrere Vorteile, darunter die Bindung von CO2 durch Methanisierung. Nach der Elektrolyse wird Wasserstoff oft zu Methangas aufbereitet, wobei CO2 aus Abgasen von Kraftwerken, Biogasanlagen oder industriellen Prozessen gebunden wird. Zudem kann grüner Wasserstoff aus Elektrolyse fossilen Wasserstoff ersetzen, der von Industrien in großen Mengen benötigt wird. Dies trägt zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen bei. Power-to-Gas ist außerdem als saisonaler Langfristspeicher geeignet, um erneuerbare Energie in Zeiten der Dunkelflaute oder bei Netzüberlastung zu speichern. Durch das gut ausgebaute Erdgasnetz in Europa können große Energiemengen in Form von Gas transportiert werden, ohne den kostenintensiven Ausbau von Hochspannungsleitungen zu benötigen.

Nachteile

Allerdings haben Power-to-Gas-Speicher derzeit noch einige Nachteile. Einer der Hauptpunkte ist, dass sie als Langfristspeicher noch nicht wirtschaftlich sind, da die aktuellen Energieüberschüsse aus erneuerbaren Energien nicht ausreichen. Dennoch werden sie mit fortschreitender Energiewende zunehmend notwendig. Ein weiteres Problem sind die hohen Effizienzverluste. Bei der Elektrolyse und Methanisierung bleibt nur etwa ein Drittel der Energie bei der Rückverstromung von EE-Gas erhalten. Es gibt jedoch Ansätze zur Verbesserung, wie Kraft-Wärme-Kopplung und Abwärmenutzung. Zudem sind Power-to-Gas-Technologien momentan noch teuer. Ihre flächendeckende Nutzung ist wirtschaftlich noch nicht tragfähig, wird aber mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetz zukünftig unverzichtbar sein, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Power-to-Gas in Deutschland

In nahezu jedem Bundesland sind mittlerweile Power-to-Gas-Anlagen in Betrieb, die nach dem Prinzip der Sektorenkopplung arbeiten und erneuerbare Gase herstellen und speichern. Über 35 solcher Anlagen tragen besonders dazu bei, dass Deutschland in dieser zukunftsweisenden Technologie gut positioniert ist, besonders im Hinblick auf den erwarteten Anstieg des Energiebedarfs.

In einem Dokument des Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) erfahren Sie detailliert, wo Power-to-Gas-Projekte in Deutschland angesiedelt sind.

Fußnoten:

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-[[Datei:AnteilEE.png|mini|428x428px|https://www.destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2024/12/PD24_456_43312.html]]
+[[Datei:Grafik Power.jpg|mini|428x428px|Quelle:https://www.fenes.net/forschung/energiespeicher/themengebiete/power-to-gas-als-schwerpunktthema/]]
-Bioenergie wird durch die Umwandlung von Biomasse in elektrische Energie, Wärme oder Kraftstoff gewonnen. Unter Biomasse versteht man gespeicherte Energie in Form von Pflanzen, Holz oder Reststoffen wie Stroh, Biomüll oder Gülle. Biomasse ist ein vielseitiger Rohstoff unter den erneuerbaren Energieträgern, da sie zur Erzeugung von Strom, Wärme und Treibstoffen verwendet werden kann, und das sowohl in '''fester, flüssiger als auch gasförmiger Form'''. Dadurch ist sie die vielseitigste erneuerbare Energiequelle und kann fossile Energieträger in vielen Bereichen ersetzen. Zudem ist das Energieangebot von Biomasse '''nicht abhängig von den tages- oder jahreszeitlich bedingten Schwankungen''' von Wind und Sonne.<ref>https://www.vattenfall.de/glossar/biomasse</ref>
+'''Definition und Funktionsweise'''
-Biogas machte '''im Jahr 2024 ca. 7 % der gesamten Stromeinspeisung''' in deutsche Netze durch erneuerbare und fossile Energieträger aus. Damit bildet die Bioenergie, nach Windkraft und Photovoltaik, die drittgrößte Gruppe an erneuerbaren Energieträgern in Deutschland.<ref>https://www.destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2024/12/PD24_456_43312.html</ref> In der Statistik wurden alle Kraftwerke und Erzeugungsanlagen in Deutschland erfasst, die Strom in das Netz für die allgemeine Versorgung eingespeist haben, nicht jedoch Anlagen zum ausschließlichen eigenen Verbrauch.
+Power-to-Gas beschreibt ein '''Energiespeichersystem''', das regenerativ erzeugte elektrische Energie in gasförmige Energieträger wie Wasserstoff oder Methan umwandelt. Diese Gase können sowohl materiell als auch energetisch zur Substitution fossiler Energieträger genutzt werden. Dabei wird die vorhandene Gasinfrastruktur genutzt, was '''große Speicher- und Übertragungspotenziale''' erschließt.
+Der Prozess beginnt mit der '''Elektrolyse''', bei der Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Der Wasserstoff kann direkt verwendet oder ins Erdgasnetz eingespeist werden. Da der Wasserstoffanteil im Erdgasnetz begrenzt ist, wird oft eine '''Methanisierung''' durchgeführt. Dabei reagiert Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan, das unbegrenzt ins Gasnetz eingespeist werden kann. Das Kohlendioxid stammt aus erneuerbaren Quellen wie Biogasanlagen.
-'''Biogas'''<ref>https://www.enbw.com/unternehmen/themen/bioenergie/</ref>
+Power-to-Gas verbindet das Strom- und Gasnetz und erhöht den Anteil erneuerbarer Energien in der Energieversorgung. Besonders für die saisonale Speicherung von Energie ist diese Technologie wichtig.
-Biogas entsteht durch chemische Vergärungsprozesse, die in Biogasanlagen genutzt werden. Dabei zersetzen Mikroorganismen Biomasse, also organische Reststoffe wie Pflanzen, Biomüll oder Gülle, in sogenannten '''Fermentern'''. Dieser Prozess erzeugt Gase, hauptsächlich '''Methan und Kohlendioxid''', sowie Wärme. Das gewonnene Gas wird dann für die Stromerzeugung oder Wärmeversorgung aufbereitet und kann problemlos ins Erdgasnetz eingespeist werden. Auch die verbleibende vergorene Biomasse ist wertvoll, da sie als natürlicher '''Dünger''' in der Landwirtschaft verwendet wird.
+Mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien wird die Flexibilität des Stromsystems immer wichtiger. Power-to-Gas-Technologien bieten eine Lösung, indem sie '''überschüssigen Strom in speicherbares Gas umwandeln'''. Obwohl diese Methode derzeit noch kostspielig ist und Energieverluste verursacht, spielt sie eine zentrale Rolle bei der Versorgungssicherheit.
-Die Produktion von Biogas bietet zahlreiche Vorteile. Das Gas ist klimaneutral, verwendet nachwachsende Rohstoffe und kann unabhängig vom Standort hergestellt werden. Zudem ermöglicht es die dezentrale Gewinnung und Einspeisung von Energie in Form von Strom oder Wärme, unabhängig von den Wetterbedingungen.
-[[Datei:Bioenergie.png|mini|824x824px|https://www.enbw.com/unternehmen/themen/bioenergie/]]
+'''Einspeisung'''
-'''Biokraftstoff'''
-Biokraftstoffe können auf zwei verschiedene Weisen gewonnen werden. Eine Methode besteht darin, durch chemische Reaktionen aus Ölpflanzen wie Raps oder Soja mithilfe von Alkohol und einem Katalysator Biodiesel herzustellen.
+Wasserstoff und Methan können grundsätzlich an beliebigen Punkten ins Erdgasnetz eingespeist werden. Bevorzugt wird dies jedoch an bestehenden oder neuen Gasversorgungsanlagen wie Gaswerken, Verdichterstationen und Hybridkraftwerken eingespeist, da diese bereits über die notwendige Messtechnik zur Überprüfung der eingespeisten Gasmenge verfügen.
-Die andere Methode ist die Produktion von Bioethanol durch die Vergärung von Pflanzen und ihren Bestandteilen. Das erzeugte Bioethanol kann anschließend herkömmlichem Benzin beigemischt werden.
+'''Vorteile'''
+Power-to-Gas-Speicher bieten mehrere Vorteile, darunter die Bindung von CO2 durch Methanisierung. Nach der Elektrolyse wird Wasserstoff oft zu Methangas aufbereitet, wobei CO2 aus Abgasen von Kraftwerken, Biogasanlagen oder industriellen Prozessen gebunden wird. Zudem kann grüner Wasserstoff aus Elektrolyse fossilen Wasserstoff ersetzen, der von Industrien in großen Mengen benötigt wird. Dies trägt zur Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen bei. Power-to-Gas ist außerdem als saisonaler Langfristspeicher geeignet, um erneuerbare Energie in Zeiten der Dunkelflaute oder bei Netzüberlastung zu speichern. Durch das gut ausgebaute Erdgasnetz in Europa können große Energiemengen in Form von Gas transportiert werden, ohne den kostenintensiven Ausbau von Hochspannungsleitungen zu benötigen.
-'''Feste Biomasse'''
+'''Nachteile'''
-Durch die Verbrennung von Holz kann Wärme oder Strom erzeugt werden, was '''als CO2-neutral gilt''', solange die Menge des entnommenen Rohstoffs und die verbrannte Masse gleich sind. Während seiner Wachstumsphase speichert Holz etwa die gleiche Menge an CO2, die bei seiner Verbrennung wieder freigesetzt wird.
+Allerdings haben Power-to-Gas-Speicher derzeit noch einige Nachteile. Einer der Hauptpunkte ist, dass sie als Langfristspeicher noch nicht wirtschaftlich sind, da die aktuellen Energieüberschüsse aus erneuerbaren Energien nicht ausreichen. Dennoch werden sie mit fortschreitender Energiewende zunehmend notwendig. Ein weiteres Problem sind die hohen Effizienzverluste. Bei der Elektrolyse und Methanisierung bleibt nur etwa ein Drittel der Energie bei der Rückverstromung von EE-Gas erhalten. Es gibt jedoch Ansätze zur Verbesserung, wie Kraft-Wärme-Kopplung und Abwärmenutzung. Zudem sind Power-to-Gas-Technologien momentan noch teuer. Ihre flächendeckende Nutzung ist wirtschaftlich noch nicht tragfähig, wird aber mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetz zukünftig unverzichtbar sein, um die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.
+'''Power-to-Gas in Deutschland'''
-'''Vor- und Nachteile von Bioenergie im Überblick'''<ref>https://www.bmel.de/DE/themen/landwirtschaft/bioeokonomie-nachwachsende-rohstoffe/bioenergie-nutzen-bedeutung.html</ref>
+In nahezu jedem Bundesland sind mittlerweile Power-to-Gas-Anlagen in Betrieb, die nach dem Prinzip der '''Sektorenkopplung''' arbeiten und erneuerbare Gase herstellen und speichern. Über 35 solcher Anlagen tragen besonders dazu bei, dass Deutschland in dieser zukunftsweisenden Technologie gut positioniert ist, besonders im Hinblick auf den erwarteten Anstieg des Energiebedarfs.
-Die Vorteile der Nutzung von Biomasse zur Energieerzeugung sind offensichtlich: Sie hilft, die knappen fossilen Brennstoffe zu schonen, da bei ihrer Verbrennung nur so viel Kohlendioxid freigesetzt wird, wie zuvor von den Pflanzen aufgenommen wurde. Dadurch leistet Biomasse einen bedeutenden Beitrag zum Klimaschutz.
+In einem [https://www.dvgw.de/medien/dvgw/verein/energiewende/bilder/karte-power-to-gas-anlagen.pdf Dokument des Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW)] erfahren Sie detailliert, wo Power-to-Gas-Projekte in Deutschland angesiedelt sind.
-Biomasse ist zudem äußerst vielseitig und kann als fester, flüssiger oder gasförmiger Energieträger genutzt werden. Sie kann zur '''Produktion von Wärme''' und '''Strom''' sowie als Ersatz für '''Kraftstoffe''' verwendet werden. Damit ist sie die flexibelste aller alternativen Energieformen, und ihr Energieangebot ist nicht von wechselnden Wetterbedingungen wie Wind und Sonneneinstrahlung abhängig.
-Darüber hinaus kann die Nutzung von Biomasse die Entwicklung ländlicher Gebiete unterstützen. Aus wirtschaftspolitischer Perspektive kann die Förderung neuer Technologien zur Energiegewinnung aus Biomasse Deutschlands Stellung als führender Technologieanbieter stärken.
-Doch Biomasse bringt auch Nachteile mit sich. Der Anbau von Energiepflanzen auf begrenzten Flächen steht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion und dem Erhalt natürlicher Ökosysteme. Wenn Regenwälder für den Anbau von Energiepflanzen gerodet werden, kann die Nutzung von Biomasse sogar klimaschädlich sein.
-Dies trifft auch auf die Produktion von Agrartreibstoffen aus Mais und Weizen in den USA sowie aus Raps in Deutschland zu, da diese Anbaupraktiken sehr energieintensiv sind. In den USA wird bereits ein Fünftel und in Deutschland zwölf Prozent der Ackerfläche dafür genutzt.
-'''Bioenergie in Deutschland'''<ref>https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/erneuerbare-energien-in-zahlen#ueberblick-beitrag-erneuerbare</ref>
-Im Jahr 2023 wurde insgesamt eine Energiemenge von 513 Milliarden Kilowattstunden (Mrd. kWh) aus erneuerbaren Energieträgern genutzt. Dabei entfielen etwa 53 Prozent auf die Stromproduktion, 40 Prozent auf den Wärmesektor und 7 Prozent auf biogene Kraftstoffe im Verkehrsbereich.
-Biomasse bleibt der wichtigste erneuerbare Energieträger, da sie nahezu 50 Prozent der erneuerbaren Endenergie liefert. Dank ihrer vielfältigen Nutzungsmöglichkeiten spielt Biomasse eine zentrale Rolle in der Energieversorgung. Diese Vielseitigkeit und Effizienz machen Biomasse zu einem unverzichtbaren Bestandteil der nachhaltigen Energiezukunft.