Ein neues Verfahren soll künftig überschüssigen Wind- und Solarstrom als synthetisches Erdgas speichern. Damit würde die Veredlung von Biogas auf  Erdgasqualität ergänzt, die europaweit vor allem in Deutschland, Schweden und der Schweiz vorankommt. Für einen internationalen Transport und Handel von Biomethan müssen allerdings noch die Rahmenbedingungen geschaffen werden. 04/2010


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Jürgen Schmid kann sich gut vorstellen, dass erneuerbare Energien zur Mitte des Jahrhunderts den globalen Strombedarf vollständig decken können. „Eine Vollversorgung ist möglich, und sie ist auf lange Sicht sogar ökonomisch vorteilhaft“, sagt der Leiter des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik in Kassel. Die großen Schwankungen der Windenergie können nach Schmids Ansicht teilweise durch ein „transeuropäisches Supernetz“, durch Lastmanagement in intelligenten Vertriebssystemen und durch Stromspeicherung in Elektrofahrzeugen ausgeglichen werden.

Der Wissenschaftler setzt außerdem auf eine bisher wenig bekannte Methode, wie überschüssiger Wind- und Solarstrom in synthetisches Erdgas umgewandelt werden kann. Dabei wird durch den bekannten Prozess der Elektrolyse zunächst mit Strom und Wasser der hochwertige Energieträger Wasserstoff hergestellt. Der Wasserstoff reagiert dann in einer Methanisierungsanlage mit Kohlendioxid (CO2) zu Methan – synthetic natural gas (SNG). Dieses SNG kann in bestehende Erdgasnetze eingespeist, in Speichern gelagert und bei Bedarf wieder in Gaskraftwerken zu Strom umgewandelt werden.

Das Kohlendioxid, das für die SNG-Produktion nötig ist, will Schmid aus Biogasanlagen beziehen, wo es bei der Gasveredlung abgetrennt wird. Eine andere Möglichkeit ist, den Wasserstoff direkt zur Biogas-Veredlung einzusetzen. Dabei reagiert er mit dem CO2, das noch reichlich im Roh-Biogas enthalten ist, zu Methan. „Auf diese Art haben wir nicht nur die Überschüsse im elektrischen Netz genutzt, sondern auch ein neues Verfahren zur Aufbereitung von Biogas“, sagt Schmid. Das IWES hat zusammen mit dem Zentrum für Solarenergie und Wasserstoff-Forschung Stuttgart bereits eine erste Demonstrationsanlage für das österreichische Partnerunternehmen Solar Fuel Technology errichtet. Ab 2012 soll eine deutlich größere Anlage mit zehn Megawatt Leistung entstehen.

Solche Ideen fallen in Deutschland auf einen fruchtbaren Boden. Das Land erzeugt bereits 16 Prozent seines Stroms aus erneuerbaren Energien wie Wind- und Wasserkraft, Biomasse und Solarstrahlung. In den vergangenen Monaten ist auch die Produktion von hoch veredeltem Biomethan in Schwung gekommen, das in die Erdgasnetze eingespeist und als „Bioerdgas“ an Tankstellen, im Wärmemarkt oder zur Ökostrom-Produktion vermarktet wird. Nach Informationen des Deutschen Biomasse-Forschungszentrums (DBFZ) gibt es landesweit mittlerweile 32 Biogas-Aufbereitungsanlagen, die jährlich rund 100 Mio. Kubikmeter Biomethan in Erdgasqualität produzieren. Die deutsche Bundesregierung hat sich das Ziel gestellt, bis 2020 die Einspeisung von jährlich 6 Milliarden Kubikmeter Biomethan zu erreichen. Bis 2030 sind 10 Milliarden Kubikmeter angestrebt – etwa ein Zehntel des deutschen Erdgas-Verbrauchs. 

Während die meisten deutschen Biomethan-Anlagen in den vergangenen zwei bis drei Jahren gebaut worden sind, hat Schweden damit schon Ende der 90er Jahre begonnen. Inzwischen verfügt das skandinavische Land über 39 Anlagen, die jährlich etwa 50 Mio. Kubikmeter produzieren können. Gut entwickelt ist die Biogas-Aufbereitung auch in der Schweiz, wo 17 Anlagen rund 8 Mio. Kubikmeter auf Erdgas-Qualität veredeln. Mehrere Biogas-Aufbereitungsanlagen gibt es außerdem jeweils in Österreich, den Niederlanden, Frankreich, Norwegen und Spanien.

In den USA sind bisher 17 Anlagen in Betrieb, die Biomethan aus Deponiegas produzieren und in Gasnetze einspeisen. Dabei handelt es sich um Großanlagen. So kann die Deponiegas-Anlage in Staten Island, die bereits seit 1981 in Betrieb ist, jährlich rund 40 Mio. Kubikmeter Biomethan erzeugen. Ganz anders sind die Verhältnisse in Indien: Hier gibt es zwar im ganzen Land unzählige kleine, einfache Biogasanlagen,   die vor allem Gas zum Kochen produzieren. Auch in Industrieunternehmen wird Gas aus Abfall erzeugt und zur Stromproduktion in Kraftwerken genutzt. Biomethan in Erdgas-Qualität zu erzeugen, steht aber noch am Anfang. So gibt es an der Teri University in New Delhi ein Forschungsprojekt, bei dem veredeltes Biomethan zur Stromproduktion und als Kraftstoff genutzt wird.

Anders als in Indien gibt es in Europa ein sehr gut ausgebautes Erdgasnetz. Frank Scholwin, Bereichsleiter am DBFZ, sieht darin eine gute Voraussetzung für einen europaweiten Transport und Handel von Biomethan. Beides könnte besonders mit einer neuen Technologie in Schwung kommen, die derzeit in Pilotanlagen erprobt wird: der thermochemischen Gaserzeugung aus Biomasse. Die dafür geplanten Anlagen sind deutlich größer als die derzeit üblichen biochemischen Anlagen, die Gas aus landwirtschaftlichen Ausgangsstoffen wie Gülle, Mais und Getreide produzieren. Letztere können aus Kostengründen nur über relativ kurze Entfernungen transportiert werden. Thermochemische Gaswerke dagegen arbeiten mit fester Biomasse wie Holz, das auch aus großen Entfernungen wirtschaftlich heran transportiert werden kann. Damit erschließt sich ein sehr großes Einzugsgebiet für die europaweite Biomethan-Produktion: „Bei der thermochemischen Bereitstellung ist es in Mitteleuropa nahezu flächendeckend möglich, in Gasnetze einzuspeisen“, sagte Scholwin. „Von dort aus kann das Gas in jede Ecke Europas transportiert werden.“ Dazu müssen seiner Ansicht nach allerdings noch die Rahmenbedingungen geschaffen werden. So brauchen die Biomethan-Produzenten einen Zugang zu den Gasnetzen, es muss ein internationaler Handel in Gang kommen. Und es ist nötig, dass das noch relativ teure Biomethan auch beim Preis konkurrenzfähig zu Erdgas wird.



Interview mit Prof. Frank Scholwin, Bereichsleiter Biogastechnologie im Deutschen Biomasseforschungszentrum.

Sie beziffern das technisch erschließbare Biomethan-Potenzial in der EU und den GUS-Staaten für das Jahr 2005 mit 300 Mrd. Kubimetern und für das Jahr 2020 mit 484 Mrd. Kubikmetern. Woran liegt es, dass das Biomethan-Potenzial bis 2020 derart stark ansteigt?

Wir gehen davon aus, dass der Flächenertrag für Biomasse durch drei Faktoren zunehmen wird. Das sind erstens Züchtungserfolge bei Energiepflanzen, wodurch wir zwei Prozent Zuwachs pro Jahr erwarten. Zweitens rechnen wir mit einer deutlich zunehmenden Effizienz der Flächenerträge in Osteuropa, wo in einigen Ländern mehr als eine Verdoppelung zu erwarten ist. Drittens sehen wir Züchtungserfolge bei den üblichen landwirtschaftlichen Kulturen, die zu einer besseren Nutzung der Böden führen und damit Flächen für den Anbau nachwachsender Rohstoffe freisetzen.


Von welchen Einflüssen hängt es ab, wie weitgehend dieses Biomethan-Potenzial ausgeschöpft werden kann?

Hauptsächlich hängt das vom politischen Willen ab und davon, wie die Länder Osteuropas ihre eigenen Ziele zur Produktion und Nutzung von Erneuerbaren Energien umsetzen. Darüber hinaus stellt sich die ökonomische Frage der Produktion und des Transportes des Biomethans, an der wir gerade im Detail gemeinsam mit Einrichtungen der jeweiligen Länder arbeiten. Ein überwindbares Hemmnis sind die technischen Regeln für den Zugang zum Erdgasnetz in den Ländern. Sie sehen die Einspeisung biogener Gase nicht vor – wie auch in Deutschland noch vor wenigen Jahren.


Bisher gibt es auch in vielen mittel- und westeuropäischen Ländern keine oder wenig Biomethan-Aufbereitung und Netzeinspeisung. Worin sehen Sie die Ursachen dafür?

Die Hauptursache dafür ist die nach wie vor nicht gegebene ökonomische Konkurrenzfähigkeit. Ohne politisch festgelegte Fördersysteme oder Subventionen ist die Produktion und Nutzung von Biomethan nicht mit Erdgas konkurrenzfähig. Derartige Fördersysteme existieren nur in einer sehr überschaubaren Anzahl  von Ländern. Darüber hinaus gibt es in vielen europäischen Ländern wenig oder keine Erfahrungen mit der Biogasproduktion. Daher werden zuerst lokale Biogasanlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung oder Wärmeerzeugung gebaut. Letztlich spielt auch noch eine Rolle, ob ein Gasnetz verfügbar ist oder ob es Erfahrungen mit Erdgasanwendungen beispielsweise in Fahrzeugen gibt.



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