Energie aus Wind und Sonne: attraktiver durch bessere Speicherung des überschüssigen Stroms
Die EU strebt im Zeitraum bis 2050 eine Verringerung der Treibhausgasemissionen (THG) auf 80 bis 95 % im Vergleich zu 1990 an. Infolgedessen wächst innerhalb der nationalen Stromerzeugungsnetze der Beitrag erneuerbarer Energiequellen wie etwa Windkraft und Photovoltaik zur Stromerzeugung. Diese nicht stetig verfügbaren Quellen erfordern wirkungsvolle technische Mittel, die in Zeiten der Überproduktion Strom speichern können. Das EU-finanzierte Projekt ECo (Efficient Co-Electrolyser for Efficient Renewable Energy Storage) sollte eine innovative Technologie auf Basis der Festoxidelektrolyse entwickeln, damit Strom aus Wind- und Sonnenenergie in speicherbares Methan umgewandelt werden kann.
Den Strom in speicherbare Moleküle umwandeln
Festoxidelektrolysezellen erzeugen durch Elektrolyse von H2O Wasserstoff (H2). Die Koelektrolyse von Dampf (H2O) und CO2 ergibt Kohlenmonoxid und H2, ein als Synthesegas bezeichnetes Gemisch. Dieses kann durch bewährte katalytische Prozesse in verschiedene Kohlenwasserstoffe wie etwa E-Gas (synthetisches Methan) umgewandelt werden. Projektkoordinatorin Anke Hagen erklärt dazu: „Die übergeordnete Idee bestand darin, Strom aus erneuerbaren Quellen zur Erzeugung von synthetischem Erdgas zu nutzen und eine großtechnische Speicherung und Verteilung über die vorhandene Erdgasinfrastruktur in Europa zu realisieren, die aktuell ungefähr 50 % des aus erneuerbaren Ressourcen erzeugten Stroms in Form von Methan aufnehmen kann.“
Ganzes mehr als die Summe seiner Teile dank Teamarbeit
Und auch wenn der Elektrolyseprozess Umwandlungswirkungsgrade von fast 100 % aufweist, bleiben die Herausforderungen in Hinsicht auf Kosten und Lebensdauer bestehen. ECo gelang die Verbesserung der Leistung und Lebensdauer von Festoxidelektrolysezellen und -stacks und damit auch eine Senkung der Investitions- und Wartungskosten. Anke Hagen erläutert: „Die Festoxidelektrolysezelle ist ein Verbund aus verschiedenen Schichten, bei dem Zusammensetzungen und Strukturen der Werkstoffe die Leistung und Haltbarkeit bestimmen. Das Projekt ECo hat Erfolge in der Bereitstellung verbesserter, in echter europaweiter Zusammenarbeit entstandener Zellversionen zu vermelden. Es wurden von verschiedenen Partnern entwickelte Komponenten zu einer einzigen Zelle vereint. ECo konnte demonstrieren, wie Festoxidelektrolysezellen sowohl auf Zell- als auch auf Stackebene realistische Bedingungen wie etwa eine fluktuierende Stromeinspeisung ohne Verkürzung der Lebensdauer verkraften, woraus eine Senkung der Treibhausgasemissionen und eine effiziente Umwandlung von ‚grünem‘ Strom in Speichermedien resultieren.“
Ökonomische und ökologische Auswirkungen der Einbindung der Festoxidelektrolysetechnologie in vorhandene Anlagen
ECo konzipierte eine Festoxidelektrolyseanlage und integrierte diese in drei verschiedene, bereits existierende, CO2 verursachende Anlagen: eine Zementherstellungsanlage, eine Biomassevergasungsanlage und eine Biogaserzeugungsanlage. Anke Hagen führt dazu an: „Für die wirtschaftliche Durchführbarkeit von ECo ist der Zugang zu billigem und sauberem (CO2-armem) Strom von entscheidender Bedeutung. Der Anteil erneuerbarer Energien am eingespeisten Strom beeinflusst die Auswirkungen auf die Umwelt. In allen Fällen profitiert man potenziell von der Integration. Die Umsetzung des ECo-Konzepts in einer Zementfabrik hat den größten ökologischen Nutzen.“ Beispielsweise wären in Frankreich mit einer photovoltaischen Stromerzeugung von 23,6 % Einsparungen von bis zu 239.000 Tonnen CO2-Äquivalent (bezogen auf das relative Treibhauspotenzial) jährlich möglich. Da die Strommixe in Europa in Zukunft „sauberer“ werden, wird die ECo-Lösung noch weitaus größere Vorteile zu bieten haben. Überdies konnte ECo Werkzeuge zur Bewertung des Nutzens unter beliebigen speziellen lokalen Bedingungen bereitstellen. Die verbesserte Festoxidelektrolysezellen-Technologie von ECo könnte für die zukünftige Speicherung erneuerbarer Energien förderlich und der EU dabei behilflich sein, ihre Ziele zur Senkung der Treibhausgasemissionen zu erreichen und gleichzeitig eine stabile und zuverlässige Energieversorgung für ihre Bürgerinnen und Bürger zu gewährleisten.
Schlüsselbegriffe
ECo, Strom, Energie, erneuerbar, Kohlendioxid (CO2), Festoxidelektrolysezelle, Treibhausgas (THG), Methan, Synthesegas, erneuerbare Energien, Emissionen, Energiespeicherung
