Dynamische Methanisierung aus Elektrolyse-Wasserstoff

Viele Industriestaaten und Schwellenländer arbeiten derzeit an einer Umstellung ihrer Energiesysteme. Zahlreiche Staaten investieren zunehmend in erneuerbare Energien. Als Beispiele für erneuerbare Energien sind Windturbinen oder Photovoltaikanlagen zur Produktion elektrischer Energie zu nennen. Speziell bei der Nutzung von Wind- bzw. Solarenergie fluktuiert die Energieproduktion je nach Wetterlage oder Tageszeit. In Energiesystemen mit hohen Anteilen an erneuerbaren Quellen kann es zu einer Überproduktion von elektrischer Energie an windigen bzw. sonnigen Tagen kommen. Bei ungünstigen Wetterlagen wird zu wenig elektrische Energie produziert. Dadurch entsteht ein Ungleichgewicht zwischen Energieproduktion und deren Nutzung.

Eine Möglichkeit, um die Erzeugung und den Verbrauch von Energie in Einklang zu bringen, ist das Power-to-Gas-Verfahren. Die Nutzen von überschüssigem Strom ermöglicht die Herstellung von Wasserstoff mit Hilfe der Elektrolyse. Dieser Wasserstoff kann entweder direkt verwendet oder zu flüssigen/gasförmigen Brennstoffen und chemischen Rohstoffen umgewandelt werden. Die beiden letztgenannten Optionen ermöglichen die Wasserstoffspeicherung und den Transport immer dann, wenn keine Infrastruktur für Wasserstoff oder Verbraucher am Ort der Elektrolyseanlage vorhanden sind.

Aus dem Power-to-Gas-Konzept erzeugter Wasserstoff könnte in der bestehenden Erdgasinfrastruktur gespeichert werden. Wasserstoff gilt allerdings als Zusatzgas. Aufgrund anderer brenntechnischer Eigenschaften und noch nicht abgeschlossener Untersuchungen bezüglich der Kompatibilität des Erdgasnetzes mit Wasserstoff ist dessen Zumischung beschränkt.

Um die bestehende Erdgasinfrastruktur nutzen zu können, bietet es sich an, den in er Elektrolyse erzeugten Wasserstoff mithilfe einer Kohlenstoffquelle in Methan umzusetzen. Das derart erzeugte Methan weist nahezu zum Erdgas identische brenntechnische Eigenschaften auf und wird daher als Austauschgas verstanden (engl.: Substitute/Synthetic Natural Gas, SNG). SNG kann demnach problemlos in die bestehende Erdgasinfrastruktur eingespeist werden.

Ein Elektrolyseur kann auf die fluktuierend anfallende Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen reagieren und sehr flexibel betrieben werden. Unklar ist allerdings welche Lastflexibilität eine nachgeschaltete Methanisierung aufweist.

Häufig auftretende Lastwechsel bei der Methanisierung können die Qualität des erzeugten SNG oder die Katalysatorstabilität beeinträchtigen. Ziel dieses Projekts ist es, ein Verständnis zur Lastflexibilität der Methanisierung zu gewinnen.