Interview

«Die grosse Zeit von Power-to-Gas kommt noch»

(Foto: Peter Frommenwiler)
Simon Eberhard /

Am Paul Scherrer Institut (PSI) wird derzeit die Versuchsplattform ESI in Betrieb genommen, die insbesondere verschiedene Aspekte von Power-to-Gas untersuchen wird. Haustech unterhielt sich mit dem Projektverantwortlichen Peter Jansohn über das Potenzial ieser noch jungen Speichertechnologie.

Haustech: Von Power-to-Gas war in den letzten Monaten immer wieder in den Medien zu lesen. Dennoch scheint es, als sei der ganz grosse Durchbruch dieser Technologie noch nicht erfolgt. Täuscht dieser Eindruck?

Peter Jansohn:
Nein, der Eindruck täuscht sicher nicht. Es ist eine neue Technologie, die sich derzeit noch in der Forschung befindet. Sie dürfte sich erst richtig durchsetzen, wenn tatsächlich erneuerbare Energien wie Photovoltaik und  Wind in grösserem Umfang in die Netze integriert werden, also in der Grössenordnung von mindestens 30 Prozent unserer Stromerzeugungskapazitäten. Dann wird der Bedarf, Strom auch zwischenspeichern zu können, massiv ansteigen, und dann kommt auch die grosse Zeit von Power-to-Gas als mögliche Energiespeichertechnologie.

Wie schätzen Sie deren Potenzial ein?

Sehr gross. Power-to-Gas ist eine der sehr wenigen Speichertechnologien, mit denen man Strom langfristig, also  jahreszeitübergreifend, in sehr grossen Mengen speichern kann. Dies ist in dieser Grössenordnung in der Schweiz bisher  nur mit Pumpspeichern möglich.

Stichwort Pumpspeicher: Ist Power-to-Gas eher eine Konkurrenz oder eine Ergänzung dazu?

Die beiden Technologien ergänzen sich hervorragend. Die Pumpspeicherkraftwerke allein werden nicht die Kapazität  bereitstellen können, die wir voraussichtlich benötigen werden, wenn Strom von Wind und Sonne in grosser Menge in  unsere Elektrizitätsnetze eingespeist wird.

Ist Power-to-Gas eher eine Technologie für grössere industrielle Kunden, oder könnte sie dereinst auch für private  Anwender wie beispielsweise Hausbesitzer mit eigener PV-Anlage interessant werden?

Es ist eher als Technologie auf Industriemassstab angedacht. Weil der Gesamtprozess aus relativ vielen Einzelkomponenten zusammengesetzt ist, wird der Aufwand wohl zu gross sein, um Power-to-Gas für den einzelnen  Haushalt oder im Gebäudebereich direkt integriert zu platzieren. Dafür gibt’s dann sicherlich besser geeignete  Energiespeichertechnologien.

Was sind die Kosten von Power-to-Gas?

Da es sich um eine junge Technologie handelt, sind die Kosten noch eines der grossen Fragezeichen. Die Techniken kommen ja teilweise erst aus dem Labor. Die Kostenfrage ist noch einer der offenen Punkte, die wir eben gerade auch mit  unserer ESI-Plattform näher einengen und bestimmen wollen.

Können Sie das anhand eines Beispiels erläutern?

Am Anfang der Prozesskette steht ein Wasser-Elektrolyseur, der mit erneuerbarem Strom Wasser in Wasserstoff und  Sauerstoff spaltet. Die Forschung rund um die Komponenten dieses Elektrolyseurs und die entsprechenden Technologien ist ein relativ neues Gebiet. Bei der Technologie, die wir einsetzen, sind das Kernstück sogenannte Polymer-Elektrolytmembrane: relativ dünne Kunststofffolien, die elektrisch leitend sind; in diesem Falle leiten sie Wasserstoff-Ionen, also positive Ladungsträger. Die Dauerhaftigkeit und Langlebigkeit dieser Folien ist eine der offenen  Forschungsfragen, die auch die Kosten der Technologie beeinflussen.

Wie sieht es auf der Ertragsseite aus: Was müsste sich ändern, damit die Technologie profitabel wird?

Die Situationen, in denen eine Netzüberlastung auftritt, also ein Überschuss an Energie zur Verfügung steht, müssen  häufiger auftreten. Dies ist heutzutage schon zeitweise der Fall, aber übers Jahr verteilt sind es noch wenige Stunden. Auf  dieser geringen Stundenbasis allein kann man eine Anlage noch nicht finanzieren. Solche Überschussituationen sollten in der Grössenordnung von mindestens 1000 Stunden jährlich auftreten, ab dann kann ich mir eine ökonomische Gewinnsituation vorstellen.

Ein entscheidender Punkt dabei dürfte auch der Wirkungsgrad sein. Wie sieht es diesbezüglich aus?

Da sich der Prozess aus mehreren Schritten zusammensetzt, muss man sämtliche Teil-Wirkungsgrade in Betracht ziehen. Für die angesprochene Elektrolyse wird ein Wirkungsgrad von 80 Prozent angestrebt, derzeitige Systeme bewegen sich  auf dem Niveau von 60 Prozent. Das heisst also, 60 Prozent der elektrisch erzeugten Energie steckt dann im Wasserstoff. Wenn man diesen wieder zu Strom zurücktransformieren möchte – was nicht der einzig mögliche und sinnvolle Weg ist –, setzen wir ähnliche Technologien ein, wie sie bei der Elektrolyse verwendet werden, und zwar in Form einer  Brennstoffzelle. Dort betragen die Zielwerte beim Wirkungsgrad rund 70 Prozent, derzeitiger Stand ist rund 60 Prozent.

Wie hoch ist dann der Wirkungsgrad für die gesamte Prozesskette?

Wenn man nun die beiden Wirkungsgrade zusammenzieht zu einem Wirkungsgrad für die gesamte Prozesskette, landen wir derzeit im Bereich zwischen 40 und 50 Prozent, zukünftig im optimalen Fall bei gegen 60 Prozent. Diese Werte zu verifizieren, ist ebenfalls Gegenstand der Forschung in unserer ESI-Versuchsplattform.

Diese wird derzeit in Betrieb genommen. Was sind Ihre Erfahrungen mit dem Aufbau einer solchen Versuchsplattform?

Bei einem komplexen Pilot-System wie der ESI-Plattform warten natürlich an jeder Ecke neue Herausforderungen. Beispielsweise stellt die Integration der verschiedenen Komponenten der Plattform spezielle sicherheitstechnische Anforderungen. Wir fungieren hier teilweise als Vorreiter von neuen Sicherheitsnormen, die zum ersten Mal hier  eingeführt worden sind. Dies hat zusätzlichen Aufwand benötigt.

Wie stehen Sie im Zeitplan?

Wir sind aufgrund dieser Zusatzaufwände hinter unserem Zeitplan her, der ursprünglich vorsah, schon einen Grossteil des  Jahres 2016 für erste Messungen nutzen zu können. Das beschränkt sich jetzt auf die letzten Wochen des Jahres. In der  kommenden Phase zwischen 2017 und 2020 können wir uns nun voll auf unsere Projekte konzentrieren.

Wann erwarten Sie die ersten Resultate?

Diese werden jetzt nach und nach eintreffen. Vor einigen Wochen haben wir die offizielle Genehmigung der externen  Behörden erhalten, dass die Plattforminfrastruktur so genutzt werden kann. Nun gehen sukzessive die Teilsysteme in  Betrieb, und damit werden wir auch die ersten Ergebnisse haben.

Wie viele Personen sind in dem Projekt involviert?

Es ist insgesamt ein sehr umfangreiches Projekt, in dem alle Labore und Abteilungen des PSI-Bereichs Energie und  Umwelt involviert sind. Insgesamt sind im Schnitt rund 18 Personen mehr oder weniger stark in die Aktivitäten involviert.

Sie sind auch interessiert an Partnerschaften mit Unternehmen und Institutionen. Welche Unternehmen haben Sie dabei im Kopf?

Alle Unternehmen, die entweder mit der Gaswirtschaft verknüpft sind, also Versorger, Verteiler und Anwender, als auch  Firmen, die sich zukünftig an der Wasserstoff-Infrastruktur und -wirtschaft beteiligen wollen. Und last but not least auch  die Unternehmen auf der elektrischen Seite, also Netzbetreiber und Kraftwerksbetriebe, die dafür besorgt sind, dass Strom jederzeit in der entsprechenden Menge zur Verfügung steht.

Und ist hier Interesse vorhanden?

Auf jeden Fall. Auf der elektrischen Seite arbeiten wir mit Swissgrid zusammen. Mit ihr untersuchen wir, inwiefern Power-to-Gas-Anlagen hilfreich sein können, die Netze zu unterstützen in Situationen, in denen Überlast auftritt; also  inwiefern eine Power-to-Gas-Anlage diesen Überschussstrom aufnehmen kann, ihn in den chemischen Energiespeicher  Wasserstoff umwandelt, um diesen dann zu einer Zeit, in der die Versorgungssituation eher knapp ist, wieder zur  Verfügung zu stellen. Zusätzlich ist es auch denkbar, das produzierte Gas nicht über Stromleitungen, sondern über Erdgas-Pipelines zu transportieren, und damit Transportengpässe zu umgehen.

Das Erdgasnetz würde also gewissermassen das Stromnetz ersetzen?

Genau. Hier gibt es ganz konkrete Überlegungen, Ausbaupläne auf der elektrischen Netzseite zu verzögern oder sogar grundsätzlich darauf zu verzichten, indem man auf die Infrastruktur für Gasverteilung und -transport zurückgreift.

Inwiefern spielt die Energiestrategie 2050, deren erstes Massnahmenpaket kürzlich vom Schweizer Parlament  verabschiedet worden ist, in Ihrem Projekt eine Rolle?

Die Überlegungen zur Energiestrategie 2050 waren der eigentliche Auslöser für unsere ESI-Plattform. So wie ich die  aktuellen Diskussionen verfolge, kommt das Projekt nach Plan voran, und ich gehe davon aus, dass sie in der  beabsichtigten Art und Weise und im beabsichtigten Zeitraum umgesetzt werden kann.

Wie wird dann die Energielandschaft in der Schweiz in 50 Jahren aussehen?

Bis dahin wird voraussichtlich ein signifikanter Teil der Kernkraftwerke nicht mehr am Netz sein, das heisst, es braucht entsprechende Ersatz-Produktionskapazitäten. Ich stelle mir auch vor, dass der Stromverbrauch durch zusätzliche  Anwendungen wie beispielsweise Elektrofahrzeuge einen deutlichen Wandel erfahren wird. Man wird also sicherstellen  müssen, dass Strom auch weiterhin in der dann entsprechenden Menge bereitgestellt wird.

Wie sollte dies sichergestellt werden?

Persönlich halte ich es nicht für sinnvoll, sich stark auf eine importorientierte Strategie zu verlassen. Die Schweiz sollte  meiner Ansicht nach das Heft des Handelns in der Hand behalten und verstärkt autarke Lösungen integrieren. In diesem  Zusammenhang kann ich mir gut vorstellen, dass Power-to-Gas-Anlagen als perfektes Speicher-Element in einem  zukünftigen Netzwerk Einsatz finden können.