Energiespeicher Power-to-X

Veröffentlicht am: 21. April 2021 / Update vom: 21. August 2024 – Verfasser: Konrad Wolfenstein

Power-to-X, eine Schlüsseltechnologie für flexible Speicherlösungen

Was ist Power-to-X?

Power-to-X, eine Schlüsseltechnologie für flexible Speicherlösungen. Mit Power-to-X bezeichnet man alle Technologien, die erneuerbare Energien bzw. Stromüberschüsse in entsprechende Stromspeicher umwandeln. Ebenfalls üblich sind die Bezeichnungen P2X bzw. P2Y (PtX/PtY). P bezeichnet die über dem Bedarf liegenden temporären Überschüsse und das X bzw. Y die Energieform oder den Verwendungszweck, in den die elektrische Energie gewandelt wird.

Für die Umstellung des gesamten Energieversorgungssystems auf 100 Prozent erneuerbare Energien im Rahmen der aus Klimaschutzgründen notwendigen Dekarbonisierung sind wegen der Fluktuation bestimmter erneuerbarer Energien und zur Versorgung des Wärme- und Mobilitätssektors Power-to-X-Technologien erforderlich. Grund hierfür ist, dass es mit weiter steigendem Anteil erneuerbarer Energien in Zukunft zu Stunden kommen wird, in denen die Einspeisung den Bedarf übersteigt, während bei schwacher Wind- und Solarstromproduktion Energiespeicher einspringen müssen, um die Nachfrage zu decken.

Ziel der Dekarbonisierung bzw. Entkarbonisierung ist die Umstellung der Wirtschaft auf die fortwährende Reduzierung von Kohlenstoff. Es kommt in der Natur sowohl in reiner Form in Diamant, Graphit oder Chaoit als auch chemisch gebunden in Form von Carbiden, Carbonaten, Kohlenstoffdioxid, Erdöl, Erdgas und Kohle vor. Das ökologische Ziel ist auf Dauer die Schaffung einer kohlenstofffreien energieverwendeten Ökonomie (Wirtschaft).

Unterteilung der Power-to-X Technologien nach der Energieform

• Power-to-Gas (PtG)
  Power-to-Gas (PtG oder P2G) ist eine Technologie, nach dem mittels Wasserelektrolyse und unter Einsatz elektrischen Stroms ein Brenngas hergestellt wird. Dieses Brenngas (Wasserstoff, Ammoniak, Methan) kann zur späteren Verwendung gespeichert werden. Unter anderem kann es in Form von Power-to-Fuel im Verkehrswesen genutzt werden (insbesondere als Treibstoff für Schiffe und Flugzeuge), als chemischer Rohstoff dienen (üblicherweise als Power-to-Chemicals bezeichnet) oder zur späteren Rückverstromung in Gaskraftwerken in der Gasinfrastruktur zwischengespeichert werden.

• Power-to-Heat (PtH)
  Mit Power-to-Heat (PtH oder P2H) versteht man die Erzeugung von Wärme unter dem Einsatz von elektrischer Energie. Dies kann sowohl über Elektrokessel als auch über Wärmepumpen erfolgen.

• Power-to-Liquid (PtL)
  Unter dem Begriff Power to Liquid (PtL oder P2L) versteht man die Umwandlung von elektrischem Strom in Flüssigkraftstoff. Bei dem PtL-Prozess handelt es sich um eine Aneinanderreihung verschiedener Teilprozesse. Dieses Verfahren wird noch nicht großtechnisch eingesetzt, ermöglicht aber potenziell die Kraftstoffversorgung aus regenerativ erzeugtem Strom für die Sektoren, die auf Flüssigkraftstoff nicht verzichten können (wie z. B. die Luftfahrt). Neben Energie und Wasser ist CO2 der dritte wesentliche Einsatzfaktor für den PtL-Prozess.

Unterteilung der Power-to-X Technologien nach dem Verwendungszweck

• Power-to-Ammonia
  Das Power-to-Ammonia-Verfahren hat zum Ziel, Energie aus erneuerbaren Energiequellen transportier- und speicherfähig zu machen, indem die Energie chemisch in Form von Ammoniak gespeichert wird. Dabei kann die Energie wieder freigesetzt werden, indem Ammoniak direkt als Kohlenstoff-freier Kraftstoff verwendet wird oder als Wasserstofflieferant dient.

• Power-to-Chemicals
  Power-to-Chemicals bezeichnet einen Prozess, bei dem überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Energien über Wasserelektrolyse und weitere nachgeschaltete Schritte zur Herstellung von chemischen Rohstoffen verwendet wird.

• Power-to-Fuel
  Power-to-Fuel bezeichnet allgemein die Produktion von strombasierten synthetischen Kraftstoffen, sog. E-Fuels, für den Verkehrssektor. Der Begriff ist eine Sammelbezeichnung für verschiedene Power-to-Gas- und Power-to-Liquid-Pfade, bei denen elektrische Energie aus erneuerbaren Energien dafür genutzt wird, um entweder strombasierte Brenngase oder flüssige Treibstoffe zu erzeugen.

• Power-to-Power
  Mit Power-to-Power wird ein Speicherkraftwerk bezeichnet, in dem im Rahmen der elektrischen Energietechnik und der Stromerzeugung elektrische Energie zwischengespeichert werden kann. Speicherkraftwerke wandeln elektrische Energie je nach Kraftwerkstyp in potenzielle Energie (Lageenergie), kinetische Energie, chemische Energie oder Wärmeenergie um, die in dieser Form eine bestimmte Zeit gespeichert werden und bei Bedarf wieder in elektrische Energie zurückkonvertiert wird.

• Power-to-Protein
  Aus einer Kombination von Biosynthese mit elektrochemischen Verfahren können Proteine für die Nahrung erzeugt werden. Also die Erzeugung von Proteinen aus den chemischen Ausgangsstoffen Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff.

• Power-to-Syngas
  Synthesegas aus Luft und Strom. Aus der Umgebungsluft oder konzentrierter aus Rauchgas, kann Mithilfe der Aminwäsche oxidierter Kohlenstoff (CO2) gewonnen werden, der im Sabatier-Prozess zu Methan gewandelt werden kann.

 

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Anzahl der Power-to-X-Anlagen in Deutschland

In Deutschland waren im Jahr 2020 insgesamt 36 Power-to-X-Anlagen in Betrieb (Stand: November 2020). Insbesondere im Jahr 2019 gingen einige Anlagen in Betrieb. Der Begriff Power-to-X beschreibt die Umwandlung von Strom aus Erneuerbaren Energien beispielsweise in Wasserstoff (“Wasserelektrolyse”) und gegebenenfalls weiter in Methan (“Methanisierung”). Das entstandene Gas kann anschließend in das Erdgasnetz eingespeist und dort gespeichert werden.

Weltweiter Primärenergieverbrauch nach Energieträger

Anzahl der Power-to-X-Anlagen nach Anlagentyp in Deutschland

In Deutschland wurden im Jahr 2020 insgesamt 55 Power-to-Gas-Projekte gezählt (Stand: November 2020). Davon waren 23 Anlagen in Planung. Einige Projekte wurden bereits wieder eingestellt, z.B. eine Wasserstofftankstelle in Hamburg. Der Begriff Power-to-X beschreibt die Umwandlung von Strom aus Erneuerbaren Energien beispielsweise in Wasserstoff (“Wasserelektrolyse”) und gegebenenfalls weiter in Methan (“Methanisierung”). Das entstandene Gas kann anschließend in das Erdgasnetz eingespeist und dort gespeichert werden (“Power-to-Gas”).

Anzahl der Power-to-X-Anlagen nach Endprodukt in Deutschland

In Deutschland waren im Jahr 2020 insgesamt 16 Power-to-X-Anlagen in Betrieb, dessen Endprodukt Wasserstoff war (Stand: November 2020). Der Begriff Power-to-X beschreibt die Umwandlung von Strom aus Erneuerbaren Energien beispielsweise in Wasserstoff (“Wasserelektrolyse”) und gegebenenfalls weiter in Methan (“Methanisierung”). Das entstandene Gas kann anschließend in das Erdgasnetz eingespeist und dort gespeichert werden (“Power-to-Gas”).

Power-to-X

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