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Power-to-Gas: Eine innovative Technologie im Überblick

Power to Gas – was ist das eigentlich? Zunächst einmal gehört Power-to-Gas (auch Power2Gas, P2G oder PtG) zu den sogenannten "Power-to-X"-Technologien. Bei diesem Konzept geht es im Kern darum: Elektrische Energie (Power) wird in eine andere Art von Energie (X) umgewandelt. Hierbei bezeichnet "Power" die (vorübergehenden) Stromüberschüsse und das "X" steht für die Art der Energie oder die Art der Verwendung.

Beim Power to Gas-Verfahren wird Strom in Gas umgewandelt.

Man versucht schon seit Ende des 19. Jahrhunderts elektrische Energie in Gas umzuwandeln. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts verwendet man dazu Methan und beschäftigt sich intensiv damit, in Power-to-Gas-Anlagen umweltschonendes Ökogas zu erzeugen und diese Technologie weiter auszubauen. 2018 gab es in Europa bereits um die 128 Power-to-Gas-Anlagen zu Forschungszwecken, etwas mehr als 60 davon sind derzeit in Betrieb (Stand 2022).

Wie funktioniert eine Power to Gas-Anlage?

In einer Power-to-Gas-Anlage wird überschüssiger Strom in synthetisches Gas umgewandelt. Diese P2G-Technologie besteht aus drei Phasen: Zunächst einmal muss Strom aus einer EE-Anlage bezogen werden. Mit diesem Strom wird dann in der Elektrolyse-Phase Wasser in die Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Der so gewonnene Wasserstoff kann als Brenn- bzw. Kraftstoff genutzt werden; für die direkte und vollständige Einspeisung ins Erdgasnetz wird der Wasserstoff weiter in Methan umgewandelt. Das Methan kann als synthetisches Erdgas eingesetzt werden, da Erdgas größtenteils aus Methan besteht. Das ins Erdgasnetz eingespeiste Gas, kann natürlich auch jederzeit wieder in Gas- oder Blockheizkraftwerken rückverstromt werden.
Ob als Treibstoff im Verkehrswesen für Schiffe und Flugzeuge oder als chemischer Rohstoff für die Industrie: Durch Power-to-Gas wird ein Erneuerbares Erdgas (EE-Gas) hergestellt, das besonders flexibel einsetzbar ist in den Bereichen Mobilität, Wärme und Strom.
In Deutschland gibt es zahlreiche Forschungsanlagen und Pilotprojekte, die die technische Machbarkeit und die Wirtschaftlichkeit von Power-to-Gas-Anlagen testen und versuchen, diese Technologie zu optimieren, Standards zu setzen und Geschäftsmodelle zu entwickeln.

Power-to-Gas in der praktischen Anwendung

Die Stadtwerke Augsburg haben eine dezentrale Power-to-Gas-Anlage in einer Wohnanlage in Betrieb genommen: Der überschüssige, regenerativ erzeugte Strom (mittels Photovoltaik-Anlage auf dem Dach) wird in synthetisches Erdgas umgewandelt und vor Ort in Tanks gespeichert. Die Verbrennung erfolgt dann in einem handelsüblichen Blockheizkraftwerk und mittels Brennwert-Therme. 70 Wohnungen können so umweltfreundlich mit Strom und Wärme versorgt werden – in diesem Fall mit einem Wirkungsgrad von 87 Prozent.

Power-to-Gas Kleinanlage fürs Zuhause – noch nicht die Regel, aber durchaus machbar!

Es klingt nach Science-Fiction, ist aber gar nicht so kompliziert umzusetzen und für Privatleute nutzbar zu machen. Eine Power to Gas-Kleinanlage funktioniert ja wie alle anderen großen P2G-Anlagen auch: Bei der Elektrolyse wird wie bereits beschrieben Wasser mithilfe von Ökostrom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Bei der Methanisierung verbindet sich der Wasserstoff dann mit Kohlenstoffdioxid. Methan entsteht und kann dann beispielsweise zum Heizen genutzt werden. All das kann auch in einer Power to Gas-Kleinanlage direkt vor Ort geschehen: Ein eigenes kleines Blockheizkraftwerk für Strom und für die Wärmeversorgung kann angeschlossen werden. Bei der Verbrennung entsteht dann genau das CO2, das die Power-to-Gas-Anlage für die Methanisierung wiederverwendet. Alles emissionsfrei. Solche dezentralen Power-to-Gas-Kleinanlagen lassen sich recht einfach auch für Einfamilienhäuser installieren – je nach Bedarf und Größe. Damit kann Power-to-Gas auch im Privathaushalt zur klimafreundlichen Energieerzeugung und Speicherung beitragen. Bei bis zu 90 Prozent Wirkungsgrad.

Vorteile und Nachteile von Power to Gas

Die Power-to-Gas-Technologie bietet unter anderem folgende Vorteile:

  • Die Gewinnung von Wasserstoff bzw. Methan ist klimaneutral.
  • Überschüssiger Solarstrom oder Strom aus Windkraft kann in Gas umgewandelt und über Wochen bzw. Monate gespeichert werden.
  • Klimafreundliches synthetisches Erdgas kann in elektrischen Strom gewandelt werden.
  • Durch die Umwandlung von Strom zu Wasserstoff bzw. synthetischem Erdgas kann das (sehr gut ausgebaute) Erdgasnetz genutzt werden. Das ist von Vorteil, da die Kapazitäten der Stromnetze begrenzt sind und so entlastet werden können.
  • Als Speicher steht die bestens ausgebaute Erdgasinfrastruktur zur Verfügung: Es kann bis zu 25 Prozent des jährlichen Erdgasbedarfs Deutschlands speichern.
  • Aufgrund ihrer Eigenschaften sind Wasserstoff und Methan vielseitig nutzbar und können daher sowohl im Verkehrswesen, in der Wärmeerzeugung als auch für industrielle Prozesse verwendet werden.


    Mit welchen Nachteilen ist beim Power-to-Gas Verfahren momentan noch zu rechnen?

  • Die Produktionskosten von Power-to-Gas-Anlagen sind noch relativ hoch. Man muss derzeit mit ca. 2.500 bis 3.500 Euro pro Kilowatt Anlagenleistung rechnen.
  • Auch die noch sehr geringe Effizienz ist ein großer Nachteil. Der Energieverlust ist enorm hoch: Er kann bis zu 70 Prozent des eingesetzten Stroms betragen, wenn das Gas als Energiespeicher zur Rückverstromung genutzt wird.
  • Um eine Power-to-Gas-Anlage heutzutage ideal auszulasten und so wirtschaftlicher zu machen, muss man unter Umständen auch mal konventionellen Strom nutzen, z. B. wenn gerade nicht genügend Energie aus Sonne oder Windkraft zur Verfügung steht. Das stärkt den Nachhaltigkeitsaspekt bei dieser Technologie im Moment natürlich nicht.

Power to Gas Anlagen in Deutschland

In fast jedem Bundesland existieren mittlerweile Anlagen, die nach dem PtG-Prinzip arbeiten. Im Jahr 2022 waren in Deutschland ca. 35 Anlagen in Betrieb. Mit sieben in Betrieb befindlichen Power-to-Gas-Anlagen lag Baden-Württemberg vorn, gefolgt von Bayern und Brandenburg mit jeweils vier Anlagen. Über 20 Anlagen waren zu dieser Zeit jedoch bereits in Planung.

(Quelle: dvgw.de, "Interaktive Power to Gas Karte Deutschland", Stand Februar 2022)

Power to Gas und die Energiewende

Je stärker Erneuerbare Energien (wie z. B. Windkraft oder Photovoltaik) gefördert und ausgebaut werden, desto mehr wird es in Zukunft auch darum gehen, wie die Überschüsse bei der umweltfreundlichen Produktion von Strom (Grünstrom) gespeichert werden können. Und dabei kann dann Power-to-Gas eine entscheidende Rolle spielen: Diese innovative Technologie ist ein energiewirtschaftliches Konzept für die Zukunft, ein wichtiger Teil der Energiewende. Mit Power-to-Gas wird synthetisches EE-Gas produziert, das langfristig speicherbar ist und dabei auch flexibel und bedarfsgerecht bereitgestellt werden kann. Die Produktion klimafreundlicher Synthesegase hilft bei der Reduktion von Emissionen aus fossilen Brennstoffen und sorgt so für eine bessere CO2-Bilanz. Fachleute prognostizieren, dass für die kommenden Jahre bis ins Jahr 2050 ein effektiver Klimaschutz ohne Power to Gas nicht möglich sein wird. Zudem gilt Deutschland als Marktführer und Vorreiter bei der Power-to-Gas-Technologie.

Daher fordern Expertinnen und Experten, dass man so schnell wie möglich die technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen schafft, um diese Technologie unter Realbedingungen weiter erproben, austesten und wirtschaftlicher machen zu können. Auch die geeigneten energiepolitischen Mittel sowie die Reduzierung von Steuern und Abgaben oder gezielte Förderungen müssen in den Blick genommen und politisch verankert werden. Ähnlich wie bei Strom benötigt man auch für EE-Gas klare und verbindliche Zielvorgaben.

Die Vielseitigkeit des in P2G-Anlagen produzierten und eingespeisten Biomethans ist einfach unschlagbar. Ein Beispiel: Biomethan als Kraftstoff. Jedes gasbetriebene Fahrzeug kann auch Biomethan (Bio-CNG / Bio Compressed Natural Gas) tanken als klimafreundliche Alternative zu herkömmlichen Kraftstoffen. Man sagt, dass ein Biomethan-Fahrzeug den CO2-Ausstoß um bis zu 90 Prozent gegenüber einem vergleichbaren Benziner reduzieren kann. Aktuell ist der Marktanteil von Bio-CNG als Kraftstoff noch gering, aber es gibt bereits ca. 1.000 Erdgastankstellen und etwa 100.000 Erdgasfahrzeuge in Deutschland. Deutschland hat also Erfahrung und es herrschen hierzulande durchaus gute Bedingungen, um beim Thema "klimafreundliche Mobilität" eine Vorreiterrolle einnehmen zu können. Übrigens: Verflüssigt man Biomethan zu LNG (Liquified Natural Gas), kann man wegen der hohen Energiedichte dieses Gas auch für den Antrieb von Schwertransportern, LKWs und Schiffen einsetzen. Die Europäische Union plant bereits auf wichtigen Transitstrecken auch LNG-Tankstellen ein.

Power to Gas wird als Schlüsseltechnologie für die Energiewende in Deutschland betrachtet: Mit dieser Technologie kann überschüssiger Ökostrom durch Elektrolyse in Wasserstoff bzw. Methan umgewandelt werden, in die Gasnetze eingespeist und gespeichert sowie über die bestehende Gasinfrastruktur transportiert und bedarfsgerecht bereitgestellt werden.

Ökologisch sinnvoll und ökonomisch tragfähig wird das Power-to-Gas Verfahren jedoch erst dann, wenn für die Herstellung fast nur noch Stromüberschüsse aus Erneuerbaren Energien (EE) verwendet werden und deren Anteil am Strommix 60, 70 Prozent oder sogar 80 Prozent erreicht hat. In dieser Phase wird es dann zu Überschüssen in der regenerativen Produktion von Strom kommen, sodass chemische Langfristspeicher vermehrt eingesetzt werden können.