Rolle von «Power-to-X» für die Energiestrategie

Künftiges Energiesystem und «Power-to-X»

04.07.2019 | SEBASTIAN JUTZI / PSI
In einem gemeinsamen Forschungsprojekt von fünf Schweizer Kompetenzzentren für Energieforschung haben Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts (PSI), der Empa, der ETH Zürich, der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW), der Hochschule für Technik Rapperswil (HSR), der Universität Genf und der Universität Luzern ein Weissbuch «Power-to-X» zu Händen der Eidgenössischen Energieforschungskommission (CORE) erstellt. Ziel des Weissbuchs ist es, die wichtigsten Erkenntnisse über Power-to-X-Technologien zu sammeln. Die Studie beleuchtet unter anderem, welchen Beitrag verschiedene Technologien, die auf der Umwandlung und Speicherung verschiedener Energieformen beruhen, zur Energiestrategie der Schweiz leisten können.
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In der Forschungs- und Demonstrationsplattform «move» an der Empa in Dübendorf werden Power-to-X-Technologien in der Mobilität untersucht. (Foto: Empa)

Die Schweiz hat sich das Ziel gesetzt, ihre direkten Treibhausgasemissionen massiv zu reduzieren. Gemäss der Energiestrategie 2050 soll der Ausstoss von Treibhausgasen bis 2030 im Vergleich zu 1990 um 50 Prozent sinken, bis 2050 um bis zu 85 Prozent. Danach soll die Energieversorgung in der Schweiz klimaneutral erfolgen, also ohne den Ausstoss von Treibhausgasen wie CO2. Eine Komponente für die Erreichung dieses Zieles können sogenannte Power-to-X-Verfahren sein. Dabei wird der überschüssige Strom aus neuen erneuerbaren Energien genutzt, um durch elektrochemische Umwandlung flüssige oder gasförmige Energieträger zu erzeugen, wie Wasserstoff, Methan oder Methanol. Diese werden dann eingesetzt, um Fahrzeuge anzutreiben oder Wärme beziehungsweise auch wieder Strom zu erzeugen. Der Vorteil ist, dass sich die flüssigen oder gasförmigen Energieträger über längere Zeit zwischenspeichern lassen.

Im Rahmen der Energiestrategie 2050 sind die Power-to-X-Verfahren unter anderem interessant, weil die neuen erneuerbaren Energien aus Photovoltaik oder Windkraft nicht kontinuierlich, sondern in schwankender Intensität zur Verfügung stehen. Um Phasen von geringer Stromerzeugung auszugleichen, soll unter anderem mithilfe von Power-to-X-Verfahren Energie aus produktionsstarken Phasen zwischengespeichert werden. Power-to-X-Verfahren können so dazu beitragen, Energieangebot und -nachfrage über einen längeren Zeitraum auszugleichen, die kurzfristige Flexibilität im Stromnetz durch intelligentes Lastenmanagement zu erhöhen und Ersatz für fossile Kraft- und Brennstoffe sowie Rohstoffe für die Industrie zu schaffen.

Erfahrungen aus der praktischen Anwendung

Um abzuschätzen, welche Rolle Power-to-X-Technologien im Rahmen der Energiestrategie 2050 spielen können, haben Forschende von sechs Institutionen ihre Expertise zusammengetragen. Die Wissenschaftler der Empa konnten dabei unter anderem ihre umfangreiche Erfahrung im Mobilitätsbereich einbringen. Seit über drei Jahren wird am Standort Dübendorf die Forschungs- und Demonstrationsplattform «move» betrieben. «move» ist als Lade- und Tankstelle der Zukunft konzipiert. Überschüssiger Strom aus Photovoltaikanlagen wird genutzt, um damit einerseits Elektrofahrzeuge zu laden und andererseits mittels Elektrolyse Wasserstoff (Power-to-Gas) zur Betankung von Brennstoffzellenfahrzeugen herzustellen. Mit dem Aufbau und dem Pionierbetrieb der schweizweit ersten 700bar-Wasserstofftankstellen für Personenwagen hat die Empa zusammen mit ihren «move»-Partnern den Grundstein für mehrere Initiativen zur Förderung der Wasserstoffmobilität in der Schweiz gelegt.

In einem nächsten Ausbauschritt soll «move» nun mit einer weiteren Power-to-X-Technologie ergänzt werden. In einem Methanisierungsprozess wird der Wasserstoff zusammen mit CO2 aus der Atmosphäre in synthetisches Methan (CH4) umgewandelt, das direkt für Gasfahrzeuge verwendet oder ins Gasnetz eingespeist werden kann.

Neben den sehr praktischen Erfahrungen im Einsatz von Power-to-X-Technologien in der Mobilität hat ein Team von Empa- und PSI-Forschenden kürzlich eine Studie zum Potential von Power-to-Gas in der Schweiz veröffentlicht. Die Forschenden gelangten unter anderem zum Schluss, dass der Absatz von Power-to-Gas-Produkten in naher Zukunft im Mobilitätssektor am wirtschaftlichsten sein dürfte, da dort die Energiekosten an den Gesamtkosten relativ gering sind und der Druck zur CO2-Reduktion hoch ist.

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Die drei Mobilitätspfade im «move»: Elektro-, Wasserstoff- und Gasfahrzeuge. (Grafik: Empa)
Integration ins Gesamtsystem

Diese und weitere Schlussfolgerungen sind zusammen mit den Analysen der fünf anderen Forschungsinstitutionen ins Weissbuch «Power-to-X: Perspektiven in der Schweiz» eingeflossen. Ein übergreifendes Fazit lautet: Entscheidend für einen erfolgreichen Einsatz von Power-to-X im Rahmen der Energiestrategie 2050 ist, dass sich Forschung und Innovation auf eine optimale Integration von Power-to-X in das gesamte Energiesystem der Schweiz konzentrieren.

Das Weissbuch wurde von der Eidgenössischen Energieforschungskommission (CORE) in Auftrag gegeben und von den Partnern der SCCER «Heat and Electricity Storage», «Biosweet», «Crest», «Furies» und «Mobility» erstellt und von der Innosuisse sowie dem Bundesamt für Energie BFE finanziert.

 

Die Ergebnisse der Analysen stellen die Forschenden am 8. Juli bei einer Veranstaltung an der ETH Zürich vor.
Ort: ETH Zürich (Zentrum) HG D 7.1, Rämistrasse 101, 8092 Zürich
Beginn der Veranstaltung: Montag, 8. Juli 2019, 17 Uhr
Weitere Informationen finden Sie hier.

Weitere Informationen
Christian Bach
Fahrzeugantriebssysteme
Tel. +41 58 765 4137

Redaktion / Medienkontakt
Stephan Kälin
Kommunikation
Tel. +41 58 765 49 93

Weiterführende Links

«Das Energiesystem der Zukunft und Power-to-X»
Medienmitteilung PSI vom 03.07.2019

«Empa ebnet den Weg für Wasserstoffmobilität»
News vom 26.06.2019

«Potentialanalyse Power-to-Gas in der Schweiz»
Studie von Teske, Sinan Levent, Rüdisüli, Martin, Bach, Christian, & Schildhauer, Tilman (09.05.2019)


Audio

Mehr Methan Überschüssige Energie etwa aus Solar- oder Windanlagen lässt sich mit «Power-to-Gas»-Technologien beispielsweise zu Methan umwandeln und speichern. In der Schweiz könnte man damit im Idealfall bis zu eine Million Autos CO2-neutral betreiben, erklärt Empa-Forscher Christian Bach. Im Bild: Methan-Gasblasen im Eis gefangen. Abraham Lake, Kanada. Beitrag im Echo der Zeit, SRF, vom 4. Juli 2019 Foto: John Bakator für Unsplash