Strom aus Sonne und Wind ist ein wichtiger Teil des Energiemix in Deutschland. Allerdings klaffen Angebot und Nachfrage beim wetterabhängigen Strom noch zu oft auseinander. Eine Option ihn zu speichern wäre, ihn zur Produktion von chemischen Energieträgern zu nutzen; noch ist der Prozess vom Strom zu Erdgas jedoch unwirtschaftlich. Das vom KIT koordinierte EU-Projekt HELMETH soll nun zeigen, dass Wirkungsgrade über 85 % möglich sind, indem Synergien zwischen vorhanden Verfahrensschritten besser genutzt werden.

„Im Erdgasnetz stecken Speicherkapazitäten, die Strommengen aus mehreren Monaten Wind- und Sonnenstrom entsprechen“, erklärt Dimosthenis Trimis vom KIT, Koordinator des EU-Projektes HELMETH. „Was wir nun brauchen, sind die Technologien, um nach Bedarf zwischen den Energieträgern zu wechseln.“ An der Verknüpfung des Stromnetzes mit dem Erdgasnetz wird unter dem Schlagwort Power-to-Gas (PtG) geforscht. PtG könnte ein Baustein der Energiewende in Deutschland sein.

Im Rahmen von HELMETH wird ein zweistufiges Verfahren weiterentwickelt. Bei der Elektrolyse wird der Strom zunächst genutzt, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu zersetzen. Danach reagiert der Wasserstoff gemeinsam mit Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid zu Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, weiter. Der Vorteil von Methan ist, dass es in der bestehenden Erdgasinfrastruktur nahtlos eingesetzt werden kann. Die Einspeisung von Wasserstoff bedarf möglicherweise bei Transport und Anwendungungen größeren Anpassungen, da Energiedichte und chemische Eigenschaften stark unterschiedlich sind.

„Elektrolyse und Methanisierung werden oft getrennt betrachtet und optimiert“, so Trimis. Ein großes Potential liegt in der Nutzung der Prozesswärme aus der Methanisierung, um etwa Wärmebedarf bei der Elektrolyse zu decken. Insbesondere Hochtemperaturelektrolyse bei rund 800 °C hat thermodynamische Vorteile, die den Wirkungsgrad weiter steigern. Im Rahmen von HELMETH soll eine Demonstrationsanlage entstehen, die mit einem Wirkungsgrad von rund 85 % aus erneuerbaren Energien Methan erzeugt. Parallel werden Studien zur Wirtschaftlichkeit und Klimabilanz der neuen Technologie erstellt. „Mit so hohen Wirkungsgraden würden die PtGTechnologie einen entscheidenden Schritt hin zur Wirtschaftlichkeit erreichen“, ist sich Trimis sicher.

Das Projekt beträgt eine Laufzeit von drei Jahren und das Budget beläuft sich auf rund 3,8 Mio. €. Das Projekt wird mit 2,5 Mio. €. aus dem European Union's Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) for the Fuel Cells and Hydrogen Joint Technology der Europäischen Komission gefördert. HELMETH steht als Akronym für “Integrated High-Temperature ELectrolysis and METHanation for Effective Power to Gas Conversion“.

Projektpartner sind neben dem KIT die Universität Turin und TU Athen, die Firmen Sunfire GmbH und Turbo Service Torino S.P.A. sowie das European Research Institute of Catalysis ERIC und der DVGW –Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches e.V.