Dieser glasklare Dieselkraftstoff von Sunfire wird synthetisch aus Luft, Wasser und Ökostrom hergestellt. Foto: sunfire GmbH / Cleantech Media
Power-to-Liquid: Energiespeicher der Zukunft?
Photovoltaik-Module sind auf deutschen Dächern seit langem etabliert. Umstritten bleibt dagegen die Frage, wie sich der gewonnene Strom am effektivsten speichern lässt. Als neue Zukunftstechnologie wird in letzter Zeit häufiger das so genannte „Power-to-Liquid“-Verfahren diskutiert. Dabei entstehen mithilfe von Solarstrom synthetische Flüssigbrennstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis.
Lange Zeit lag der Fokus bei der Speicherfrage auf der Entwicklung leistungsfähigerer Solarbatterien für den häuslichen Bereich. Darüber haben wir bereits im Beitrag „Photovoltaikanlagen: Durchbruch bei Solarspeichern“ informiert. In den letzten Jahren sind die Kosten für Heimspeicher stark gesunken, und der Umstieg von den früheren Blei-Säure-Akkus zu leistungsfähigeren Lithium-Ionen-Batterien hat zu einer Verdoppelung der Lebensdauer der Speicher geführt. Es spricht daher viel dafür, dass die Batteriespeicher für Hausbesitzer allmählich erschwinglich werden und sich künftig als Ergänzung zur Photovoltaik-Anlage auf dem Eigenheimdach etablieren könnten.
Batterie oder Umwandlung?
Das bedeutet nun aber nicht, dass es in allen Fällen die beste Lösung sein muss, Solarstrom in Batterien zu speichern. Für manche Anwendungsfelder könnte eine ganz andere Speicherform nämlich interessanter sein: Gemeint ist die Idee, mithilfe von regenerativ gewonnenem Strom entweder gasförmige Brennstoffe wie Wasserstoff und Methan zu produzieren (Power-to-Gas) oder eben flüssige Brennstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis, die herkömmliches Öl oder Benzin ersetzen (Power-to-Liquid).
Man könnte mit solchen, aus Solarstrom künstlich erzeugten Kohlenwasserstoffen zum Beispiel Gebäude beheizen – unter Beibehaltung der vorhandenen technischen Infrastruktur (Heizungsrohre, Heizkessel, Heizkörper) – und somit die CO2-Bilanz der Gebäude verbessern. Oder man könnte in anderen Teilen der Welt produzierte Solarenergie – Stichwort „Strom aus der Wüste“ – als Flüssigbrennstoff in herkömmlichen Tankerschiffen nach Europa bringen.
Herstellung von Flüssigbrennstoffen
Wie aber funktioniert nun eigentlich die Umwandlung von Sonnenenergie in Flüssigbrennstoffe? Es gibt dafür verschiedene Verfahren, die sich in den einzelnen Zwischenschritten unterscheiden mögen, im Wesentlichen aber ähnlich ablaufen. Ganz am Anfang steht immer eine Elektrolyse: Man lässt den Sonnenstrom also zwischen zwei Elektroden (Plus- und Minuspol) fließen, die in ein Wasserbad eingetaucht sind.
Bei der Elektrolyse werden Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Das so gewonnene Wasserstoffgas kann man bereits direkt als Kraftstoff nutzen – zum Beispiel für erdgasbetriebene Fahrzeuge. Oder man lässt den Wasserstoff noch mit Kohlendioxid reagieren, wobei das Gas Methan entsteht. Bei Methan handelt es sich um einen gasförmigen Kohlenwasserstoff (CH4). Der lässt sich wie Erdgas etwa zum Heizen verwenden. Läuft der Umwandlungsprozess auf derartige Nutzungen hinaus, spricht man vom Power-to-Gas-Verfahren. Das haben wir auf baustoffwissen.de bereits im Beitrag „Power-to-Gas: Strom speichern im Erdgasnetz?“ näher beschrieben.
Für die Herstellung von Flüssigbrennstoffen (Power-to-Liquid) sind noch weitere Zwischenschritte notwendig. Ein gängiges Umwandlungsverfahren ist in diesem Zusammenhang die so genannte Fischer-Tropsch-Synthese, bei der aus Strom, Wasser und Kohlendioxid flüssige Kraftstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis synthetisch hergestellt werden. Dieses Verfahren kommt zum Beispiel beim 2016 gestarteten Forschungsprojekt „Soletair“ zum Einsatz, das vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zusammen mit finnischen Partnern durchgeführt wird.
Forschungsprojekt „Soletair“
Im Rahmen des Soletair-Projekts wurde 2017 im finnischen Lappeenranta eine Power-to-Liquid-Pilotanlage installiert. Foto: VTT
Im Rahmen des Soletair-Projekts haben die Forscher im Sommer 2017 auf dem Campus der Technischen Universität im finnischen Lappeenranta eine Power-to-Liquid-Pilotanlage installiert und diese an das dortige Solarkraftwerk angeschlossen. Die mobile, dezentral einsetzbare chemische Pilotanlage (siehe Foto) produziert aus regenerativem Wasserstoff, Wasser und Kohlenstoffdioxid flüssige Brennstoffe wie Benzin, Diesel und Kerosin und ist so kompakt, dass sie in einen Schiffscontainer passt.
Die Anlage in Lappeenranta besteht aus drei Teilen. Der Strom aus dem Solarkraftwerk durchläuft eine an der Universität entwickelte Elektrolyseeinheit, die den notwendigen Wasserstoff erzeugt. Eine vom Technischen Forschungszentrum Finnland (VTT) entwickelte „Direct Air Capture“-Einheit filtert Kohlendioxid aus der Luft heraus. Kohlendioxid und Wasserstoff werden dann bei hoher Temperatur in reaktives Synthesegas verwandelt und in einem chemischen Reaktor in flüssige Treibstoffe umgesetzt. Der Reaktor ist das Herzstück des Ganzen und wurde in Karlsruhe am KIT entwickelt. Das Unternehmen Ineratec – eine Ausgründung des KIT – hat die technische Idee zur marktreifen Kompaktanlage ausgebaut.
Vielfältige Nutzungsmöglichkeiten
Um Missverständnissen vorzubeugen: Die Umwandlung von Solarstrom zu synthetischen Brenn- beziehungsweise Kraftstoffen ist sicher nicht für alle Anwendungsfelder die optimale Lösung. Aber sie hat den Vorteil, dass sich die vorhandene Speicherkapazität für Solarstrom bei vertretbaren Kosten kurzfristig stark erhöhen ließe. Die Technik könnte daher ein wichtiger Mosaikstein für eine erfolgreiche Energiewende werden.
Die gasförmigen oder flüssigen Kohlenwasserstoffe lassen sich vielfältig nutzen – etwa als Brennstoffe in vorhandenen Heizanlagen oder als Fahrzeugkraftstoffe. Und natürlich lässt sich die in den synthetischen Kohlenwasserstoffen gebundene Energie auch wieder in elektrischen Strom zurückverwandeln – wobei man dabei natürlich Umwandlungsverluste in Kauf nehmen muss.
Über den Autor
Roland Grimm ist seit Februar 2013 freier Journalist mit Sitz in Essen und schreibt regelmäßig Fachwissen-Artikel für
BaustoffWissen. Zuvor war er rund sechs Jahre Fachredakteur beim Branchenmagazin
BaustoffMarkt und außerdem verantwortlicher Redakteur sowie ab 2010 Chefredakteur der Fachzeitschrift
baustoffpraxis.
Kontakt:
freierjournalist@rolandgrimm.com
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