Power-2-Gas und so

Ein paar Oberschlaue haben in ihren Kommentaren gemeint, „überschüssige“ EE-Energie doch zu Power-2-Gas-Produkten wirtschaftlich konvertieren zu können. Interessanterweise sind die Kommentare nicht beim Energiebeitrag, sondern beim Notstandsbeitrag gelandet. Was zunächst die Frage aufkommen lässt, in welcher Größe eigentlich Überschriften gedruckt werden sollten, damit sie einer liest.

Sie verweisen auf ca. 3 Milliarden Kilowattstunden oder KW/h [sic!], die die Windkraft im 1. Quartal 2019 hätte liefern können, die aber nicht abgenommen wurden [sic!]. Ich habe die Zahl nicht kontrolliert, vielleicht ist da noch so ein Verdreher drin oder irgendwo ein paar Nullen zu viel, aber lassen wir sie mal so stehen. Die 3 TWh wären ins Verhältnis zu setzen zu den 175 TWh, die im gesamten Zeitraum benötigt wurden, dann wären wir bei 1,7%.

Gleichzeitig hat Deutschland noch mehr Strom exportiert:

Allerdings sind das Arbeitswertbilanzen. Wenn man auf die Leistungswerte schaut

stellt man eine ziemlich unausgeglichene Bilanz zwischen Erzeugung und Abnahme fest, hervorgerufen durch den Windkraft-Flatterstrom. Die konventionellen Kraftwerke dürfen Regelleistung vorhalten, die bei Wind nicht benötigt werden, im Bedarfsfall wurde und wird in großem Maß auch kurzfristig Leistung importiert. Das Stromnetz ist gesamteuropäisch (noch), in dessen Rahmen die 1,7% für Deutschland alleine gar nicht auffallen. So viel erst mal zum Geraderücken der Verhältnisse.

Aus den 3 TWh hätte man ja P2G-Energie erzeugen können, so das nächste Argument. Ich überlasse es den grünen Rechenkünstlern, aus wirtschaftlicher Sicht zu verifizieren, dass man bei Einsatz der teuersten Energie bei letztlich marginalen Mengen noch nicht mal die Anlagen- und Betriebskosten dafür wieder herausbekommt. Für die Regelung eignen sich die Minimengen nicht, und das nächste Problem betrifft die Dauer einer zusätzlichen Einspeisung. Da nur echter Überschuss verwendet wird, reicht die „gespeicherte“ Energie nur für einen Bruchteil der Zeit, in dem ein Unterschuss besteht. Kann man in einem anderen Beitrag nachhören (gut für Berufs-Legastheniker; Vortrag von Prof. Sinn).

Technisch zeigt sich bei solchen Ideen das Fehlen von Chemieunterricht, aber zur Beruhigung: der hat sogar schon vor der Einführung der 4-Tage-Schulwoche gefehlt. Man muss neben der reinen Chemie noch die Physikalische Chemie, genauer die Thermodynamik hinzunehmen, die auch die Physiker besetzen. Mit der Thermodynamik hat man sich intensiv im 19. Jahrhundert auseinander gesetzt, als es darum ging, Dampfmaschinen zu optimieren. Letztlich braucht man das Zeug immer noch, um sparsame Diesel- und Benziner zu produzieren, aber da die ja abgeschafft werden sollen, braucht man die Thermodynamik eigentlich auch nicht mehr, sondern eher die Viehzucht als Teilgebiet der Biologie, um leistungsfähige Ochsen und Esel zu züchten, die demnächst die LKW ersetzen werden.

Aus dem Strom kann man durch Elektrolyse Wasserstoff (und Sauerstoff, den man ev. in grüne Gehirn leiten sollte) gewinnen. Das geht noch mit relativ hohem Wirkungsgrad (so um die 80% oder so). Wie bewahrt man nun den Wasserstoff auf? Am besten flüssig, denn so haben Brennstoffe die höchste Energiedichte.

Um Gase zu verflüssigen, komprimiert man sie zunächst. Dabei werden sie warm, was jeder weiß, der schon mal mit einer Handpumpe sein Fahrrad aufgepumpt hat. Kühlt man das Gas und entspannt es anschließend, wird es kalt, wie auch jeder weiß, der schon mal einen Fehlversuch am Fahrradreifen hinter sich hat. Bei wiederholter Anwendung (das kalte Gas wird zur Kühlung verwendet) wird es irgendwann so kalt, dass es flüssig aus dem Ventil tropft. Die als Wärme abgeführte Energie ist allerdings weg, auch die, die man als Überschussgas für die Vorkühlung benötigt.

Dummerweise hat Wasserstoff einen Siedepunkt von -252°C, was die Effizienz des Gesamtverfahrens schrumpfen lässt wie eine Einspielung einer Rede von Annalena in einem Pornofilm die … und es zum Beispiel ziemlich ungeeignet für den allgemeinen Einsatz in Form von flüssigem Wasserstoff in Fahrzeugen macht. Bleibt noch die Komprimierung in Gasflaschen auf 200-400 bar, was aber im Vergleich zur Flüssigkeit einen relativ niedrigen Energiegehalt hat. Auch dabei geht Energie verloren (Wärme, siehe oben), aber nicht ganz zu viel. Trotzdem ist die Effizienz auch dann schon lange nicht mehr so prickelnd.

Hätte man den Wasserstoff, kann man ihn natürlich verbrennen und wieder in Strom oder Bewegungsenergie umwandeln (Motoren). Verbrennen in Kraftwerken funktioniert, aber da auch die nur einen Effizienzgrad von 60% haben, landet man abhängig vom Aggregatzustand unter 35% . Nebenbei bemerkt auch der Grund für das Aus für Druckluftkraftwerke: die gibt es zwar und die haben auch einen erstaunlich hohen Wirkungsgrad, wenn das komprimierte Gas auf Temperatur gehalten werden kann. Kühlt das Gas aber nach der Kompression aus, was selbst gute Isolatoren nicht verhindern können, wird der Wirkungsgrad ziemlich grottig. Aber wer bereit ist, Strompreise oberhalb 1€/kWh bezahlen zu wollen, kann das natürlich machen.

Wasserstoff in Verbrennungsmotoren zu nutzen geht (bislang) nicht wegen der mutmaßlichen Oktanzahl von 12.000. Das zerreißt jeden Motor. Aber es gibt ja noch Brennstoffzellen, in denen chemisch der Wasserstoff zu Strom umgesetzt wird. Der Wirkungsgrad liegt (derzeit) bei erstaunlichen 35%. Hat man vorher schon – sagen wir mal – einen Wirkungsgrad von 40% (mehr als tatsächlich derzeit erreicht), liegen wir nun bei knappen 14%, wobei ich es den Schulschwänzern überlasse, herauszubekommen, wie man auf solche Zahlen kommt.

Brennstoffzellen werden auch eingesetzt: in Bussen oder U-Booten zum Beispiel. Mit Wasserstoff bei 200-400 bar oder gar in flüssiger Form zu hantieren ist aber kein Kinderspiel. In U-Booten usw. kann man wohl davon ausgehen, dass eine Horde hochspezialisierte Ingenieure an dem System herumhantieren und wissen, was sie tun. Ein Einsatz als allgemeine Technik, wo an der Tanke mit hochexplosiven Wasserstoffgas umzugehen ist (Rauchen im Umkreis von 100 m verboten und alle Geräte bitte Ex-geschützt, Handys inklusive) oder wo Lothar Schmidt mal am Wochenende nachschaut, ob nicht noch Tuning an seinem Golf GTI-H2 möglich ist, will vermutlich niemand. Zumindest keiner von denen, die den ersten größeren Unfall überleben (aus dem Grund werden Brennstoffzellen für den normalen Nutzer auch mit Methanol oder ähnlichem betrieben).

Nun kann man ja noch aus Wasserstoff und Kohlendioxid Methan oder andere Kohlenwasserstoffe machen, also letztlich Benzin. Kann man. Methan hat allerdings einen deutlich niedrigeren Energiegehalt, und die Differenz geht neben einigen anderen unbedeutenden zig-Prozent verloren. Kommt noch hinzu, dass man das CO2 ja auch irgendwo herbekommen muss. Derzeit beispielsweise aus Kohlekraftwerken, nach deren Abschaltung beispielsweise aus den 0,04% in der Luft. Auch dazu wird Energie benötigt. Um aus Kraftwerksabgasen das CO2 abzuscheiden sind 25% der Energie notwendig. Weiß man aus den CCS-Versuchen.

So, liebe Oberschlaue aus der FFF-Fraktion: ich glaube zwar nicht, dass ihr das einseht, weil Annalena und der Lesch gesagt haben, man könne die Gigabytes an Strom aus EE-Quellen problemlos von Kobolden speichern lassen, aber letztlich landet man bei Wirkungsgraden teilweise unter 10% bezogen auf die Primärenergie. Kann man machen, lohnt sich aber nicht, egal aus welchem Winkel man das betrachtet. Das kann man alles nachlesen – oder könnte es, wenn man nicht dauernd die Schule schwänzen würde und sich die IT-Kenntnisse auf die Bedienung von WhatsApp beschränken würden.

Nebenbei bemerkt: Kraftstoffe ließen sich auch biologisch erzeugen. Von Algen in Bioreaktoren. Die Erzeugungskosten liegen bei ca. 20 ct/l. Das Problem ist die großtechnische Umsetzung sowie die (vermutliche) Nicht-Endlichkeit von Gas und Öl, die im Kreislauf (CO2-Luft -> Biomasse Ozene -> Subduktion unter die Kontinentalplatten -> Fischer-Tropsch-Synthese im Erdinneren -> Aufsteigen im Erdmantel -> CO2 in der Athmosphäre, durch Bodenorganismen oder den Menschen) von der Erde selbst erzeugt werden.

7 Gedanken zu „Power-2-Gas und so

  1. Sie schreiben da: „Ich überlasse es den grünen Rechenkünstlern…“, — diese gibt es nicht. Grüne können nicht rechnen, sie können nur GLAUBEN, und das können sie sehr gut.

  2. Interessant ist mMn die Produktion von Methan, wobei der Wirkungsgrad bei Kleinanlagen bei 40% (von eingesetztem Strom zu Brennwert Gas) liegt, bei größeren Anlagen soll er bis auf 70% steigen. Es gibt mehrere Firmen und eine Reihe von Testanlagen. Eine anschliessende Verstromung ist aber m.E. ziemlich sinnfrei, weil man da nochmal knapp die Hälfte an Wirkungsgrad verliert. Daher wäre es sinnvoller, das erzeugte Gas zu verbrennen, zum Heizen etc.

    Das Problem gibt es bei Wasserstoff aber auch, der Gesamtwirkungsgrad von Strom zu Gas zu Strom ist grottig, angeblich soll er mit optimierten Anlagen (die es noch gar nicht gibt) auf knapp 40% kommen. Der heutige Wasserstoff wird ja aus Erdgas gewonnen, was eine riesige Schweinerei ist. Die tollen Anlagen, die irgendwann kommen sollen, sollen einen Wirkungsgrad von 80-90% bei der Herstellung von Wasserstoff haben.

    Wenn man sich anschaut, daß Erdgas mit 1kWh Brennwert im Großhandel ca. 3ct, beim Endkunden ca. 7ct kostet, kann man sich überlegen, für welchen Preis die Power-to-Gas-Anlagen ihren Strom bekommen müssten, um wirtschaftlich produzieren zu können, das wäre dann Strom für ca. 2ct/kWh. Überschüssigen Windstrom gibt es zwar fast umsonst, aber da müsste man die Anlagen dann auch sofort wieder herunterfahren, wenn der Wind nicht mehr weht. Ein BWLer würde im Quadrat springen, von wegen Auslastung.

    Wirklich interessant wäre die Herstellung von Methanol, Ethanol und anderen Kohlenwasserstoffen. Es gibt Anlagen, die mit hohen Temperaturen nach Fischer-Tropsch arbeiten, also mit Zwischenstufe CO-Synthesegas, deren Wirkungsgrad ist dann aber auch relativ mies, wirtschaftlich nicht sinnvoll. Es wird daran geforscht, die Vorgänge der Photosynthese künstlich nachzuvollziehen, einzelne Teilschritte gehen, aber ein voll funktionsfähiges Konzept gibt es m.W. noch nicht.

      1. Ich finde die Forschung in diesen Bereichen trotzdem hochinteressant. Damit meine ich allerdings nicht den aktuellen Quatsch, Wasserstoffauto ist teurer Blödsinn, um ein landesweites Schnelladenetz und somit chinesische Elektroautohersteller auszubremsen. Pure Geostrategie, und kaum jemand scheint es zu schnallen. Die Brennstoffzellen in den U-Booten, die technisch auf einem ziemlich aktuellen Stand sind, sind extrem anfällig und müssen praktisch alle paar Tage gewartet werden, für Autos ist so ein Ansatz völlig sinnfrei.

        Aber die Testanlagen (Methanisierung) können auch CO2 aus der Luft entnehmen, der Wirkungsgrad sinkt dabei nur um ein paar Prozent. Man braucht also keine konzentrierte CO2-Quelle, das ist eine nette Technologie. Leider scheint man bei diesem Prozess eben (noch) keine Flüssigkeiten wie Ethanol oder Methanol herstellen zu können, zumindest nicht in einem Schritt, und wenn man mehrere Schritte oder hohe Temperaturen braucht, dann wird es eben sofort unwirtschaftlich.

        Auch die Forschungen Richtung künstliches Blatt sind interessant, funktioniert halt noch nicht, entweder werden sehr exotische, teure und auch noch instabile Katalysatoren verwendet, so daß man ständig am Repariern wäre. Oder man kann einzelne Teilschritte stabil durchführen, z.B. CO2 zerlegen, das Ganze aber noch nicht effizient zusammensetzen.

        Trotzdem denke ich, daß jeder Euro, der in solche Forschungen (nicht die Mainstream-Pampe) fließt, gut angelegt ist.

        Es gibt noch einen Aspekt, auch wenn mit den unwirtschaftlichen Verfahren und z.B. 10ct/kWh Strompreis ein Liter künstliches Ethanol 2-3 Euro kosten würde, vor Steuern und Profit, würde das dennoch immerhin so eine Art obere Grenze darstellen, und das ist doch beruhigend.

        1. Kraftstoffe aus genveränderten Algen sind wesentlich preiswerter. Geschätzte Kosten liegen bei 25-40 ct/l.

          https://corporate.exxonmobil.de/de-de/energie/forschung-und-entwicklung/biokraftstoff-aus-algen

          Die Technik ist wesentlich älter. Bereits 2004 kaufte exxon ein paar Patente auf und ließ sie verschwinden, um die Erdölproduktion nicht zu gefährden. Die haben das nur wegen des Klimawahnfugs wieder hervorgeholt und kochen das auf sehr kleiner Flamme, auch wenn es auf der Webseite anders aussieht.

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