Mittlerweile sind sie überall – auf dem Wasser, zwischen Wäldern, auf Feldern: Windräder haben sich längst als alternative Energieerzeuger etabliert. Gleiches gilt für Wasserkraftwerke und Biomasseanlagen. Doch neben diesen bekannten Technologien erobern langsam auch andere Energiesysteme den Markt. So wird der altbekannte gasförmige Energieträger zunehmend wichtiger. Denn Gase können als Kohleersatz sowie im Bereich der Sektorenkopplung interessant und wichtiger Bestandteil der Energiematrix werden. Welche sechs interessanten Technologien in Zukunft mehr im Fokus stehen können, erfahren Sie in diesem Beitrag.

© mintr / shutterstock.com
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Gasförmige Energieträger gewinnen an Bedeutung

Geht es um Technologien, die im Zusammenhang mit der Energiewende (noch) nicht im täglichen Fokus stehen, sollte man gasförmige Energieträger, wie beispielsweise die Synthese-Gas-Einspeisung in das deutsche Erdgasnetz durch Power-to-Gas, auf jeden Fall im Kopf haben. Wichtige Technologien sind:

Was sich hinter diesen Begriffen verbirgt, welche Rolle sie bei der Energiewende spielen und was die Vor- sowie Nachteile sind:

1. Power-to-X

Eine alternative Energiequelle ist die Sektorenkopplung durch Power-to-X. Das X ist an dieser Stelle ein Platzhalter für verschiedene Energieformen. In der Gesellschaft wird Power-to-X meist direkt mit Power-to-Gas verbunden. Gemeint ist eine Gaserzeugung mittels elektrischer Energie. Dabei unterscheidet man zwischen Power-to-H2 (Wasserstoff) und Power-to-CH4 (Methan). Das Besondere dabei ist, dass Strom, der in seiner Energieform eigentlich nicht speicherbar ist, sich hier sektorenübergreifend nutzen und somit doch speichern lässt. So kann beispielsweise aus Strom Gas erzeugt werden, welches ein erdgasbetriebenes Fahrzeug antreibt oder das in einer Gastherme wiederum Wärme erzeugt. Zudem lässt sich das Gas in BHKW- oder Gasturbinenkraftwerken wieder verstromen.

Für die Energiewende ist das die perfekte Lösung – wäre da nicht der Wirkungsgrad. Bei der Umwandlung von Strom in „X“ ist mit den aktuellen Technologien noch ein sehr großer Verlust verbunden. Somit wäre die Form der Umwandlung nur vertretbar, wenn überschüssige erneuerbare Energien zur Umwandlung verwendet würden. Zudem ist auch die Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen fragwürdig, sodass ohne Zuschüsse und Förderungen derzeit nur ein paar wenige Pilotanlagen in Deutschland entstanden sind. Damit ist Power-to-X leider nicht sonderlich effizient. Interessant ist diese Technologie nur durch den Gedanken, den regenerativen erzeugten Strom – wenn eine unmittelbare Nutzung dieses Stroms keine Verwendung findet – in speicherbares Gas umzuwandeln und somit die Sektorenkopplung perfekt zu machen.

Dennoch, in Sachen Energiewandel und alternative Energiequellen ist Power-to-X schon seit Jahren in der Diskussion. Viele sehen sie als eine Art „Heilsbringer“ der Energiewende. Andere Stimmen sehen hier jedoch eher eine „Energievernichtung“, da der Umwandlungsprozess mit großen Verlusten behaftet ist. In einem Punkt sind sich Kritiker und Befürworter allerdings einig: Diese Technologie sollte stärker ausgebaut und im Großen erprobt werden, eignet sie sich doch für die gesamte Energiebranche.

2. LNG

LNG steht für „liquid natural gas“ oder Flüssigerdgas. Dieses wird auf bis zu -164° Celsius abgekühlt und damit verflüssigt. An speziellen LNG-Terminals wird das Erdgas dabei in mehreren Schritten heruntergekühlt und anschließend auf Spezialschiffe gepumpt. Sie bringen es zu einem anderen LNG-Terminal, von wo aus das Flüssigerdgas an Land weiter befördert wird. Dabei hat das LNG nur noch ein Sechshundertstel des Volumens von gasförmigem Erdgas und kann vor allem in Bezug auf Lagerung und Transport mit großen Vorteilen überzeugen. Durch seine Verflüssigung verliert das Erdgas seine Leitungsgebundenheit und lässt sich als spezielles Flüssiggut in besonderen Behältern auf Straßen, Schienen und Wasser transportieren. Aktuell wird die Technik größtenteils dafür genutzt, um Erdgas aus Ländern ohne Pipeline zu exportieren, z.B. von Katar nach Europa. Damit gestaltet sich dieser Energieträger als absolut interessante Alternative für den gesamten Mobilitätssektor und könnte die Energiewende maßgeblich vorantreiben.

3. Power-to-Heat

Power-to-Heat steht für „Energie zu Wärme“, genauer für elektrische Energie zu Wärmeenergie. Die dahintersteckende Technik ist – nicht erst seit der Energiewende – aus dem heimischen Haushalt bekannt, funktioniert sie doch wie ein herkömmlicher Wasserkocher: Strom fließt durch einen Heizstab, der wiederum ein Medium (Wasser) erwärmt. Als Teil der Power-to-X-Technologie beschreibt diese einfache Technik die direkte Umwandlung von elektrischer in thermische Energie. Durch ihren hohen Wirkungsgrad von nahezu 100 Prozent, bietet die Power-to-Heat-Technologie, wie ihre „Schwestertechnologien“, die Möglichkeit, Energie aus überschüssigen erneuerbaren Strom sektorenübergreifend in der Wärmebereitstellung zu nutzen.

Der Grundgedanke von Power-to-Heat ist dem der Power-to-Gas-Technologie gleich: Ein „Überschuss“ an erneuerbarer Energie (Lastspitzen) wird hier genutzt und nicht abgeregelt. Die dabei entstehende direkte Wärme lässt sich dann wiederum so nutzen, dass fossile Energieträger, wie beispielsweise Erdgas oder Erdöl, ersetzt werden können. Damit ist Power-to-Heat die einfachste Form einer Sektorenkopplung und eine kostengünstige sowie einfache Technik für die Energiewende. Dabei ließe sich die Technologie auch als Ergänzung zur Wärmepumpe einsetzen – einer weiteren sehr effizienten Form der Wärmebereitstellung durch elektrische Energie.

4. Die Wärmepumpe

Interessant geworden ist die Wärmepumpe in den letzten Jahren u.a. im Wohnungsbau. Als alternative Energiequelle soll sie hier zur Wärmebereitstellung dienen und die Energiewende unterstützen. Ihre Funktionsweise ist dabei der eines Kühlschranks sehr ähnlich. Während ein Kühlschrank den Lebensmitteln, also dem Innenraum des Schranks, Wärmeenergie entzieht und diese nach außen leitet, macht eine Wärmepumpe das Gegenteilige: Sie entzieht der Umgebung außerhalb des Gebäudes Wärmeenergie und macht sie für die Heizung im Innenbereich nutzbar. Neben der Raum- bzw. Außenluft ist eine Wärmepumpe in der Lage, die Wärmeenergie aus dem Grundwasser und dem Erdreich anzuzapfen. Weil das Temperaturniveau dieser so gewonnenen Wärme in der Regel nicht für die Gebäudeheizung und Warmwasserbereitstellung ausreicht, bedient man sich des thermodynamischen Prozesses.

Interessant ist zudem die Verbindung von Wärmepumpe und BHKW. Die niedrigen Temperaturniveaus der Wärmepumpe finden sich nämlich auch beim BHKW, zum Beispiel in der zweiten Gemischkühlstufe, die sogar oft über Kühltürme rückgekühlt wird, sowie im Maschinenraum selbst. Die abgestrahlte Oberflächenwärme eines BHKWs und dessen Komponenten werden hierbei mittels eines Raumluftkühlgeräts entnommen und nicht über große Lüftungsanlagen an die Umgebung abgegeben. Das Besondere dabei: Scheinbar nicht mehr verwendbare Energie wird auf einem niedrigen Temperaturniveau nutzbar gemacht. Die Effizienz einer Gesamtanlage kann somit enorm steigen. Denn die Technologie der Wärmepumpe eignet sich für die unterschiedlichsten Bereiche der Wärmebereitstellung. Dabei kann Sie als einfache Wärmebereitstellung in Haushalten über innovative Wärmenetze bis hin zu Hochtemperatur-Wärmepumpen in der Industrie eingesetzt werden.

5. Wärmenutzung einer BHKW-Abwärme in einem Organic-Rankine-Cycle

Die Wärmenutzung in einem Organic-Rankine-Cycle, kurz ORC, wird in Sachen Energiewende dann interessant, wenn sich der Fokus zukünftiger, alternativer Energieformen weiter in Richtung Strom entwickelt. Denn der ORC ist abgeleitet vom Rankine-Kreisprozess, welcher den Prozess eines klassischen Dampfkraftwerkes beschreibt. Vereinfacht erklärt wird hierbei Wasser über eine Feuerstätte unter hohem Druck verdampft. Die Entspannung des Dampfes erfolgt über eine Turbine, die dabei in Rotation versetzt wird und die Energie über einen Generator in elektrische Energie umwandelt. Dieses Prinzip nutzen zum Beispiel sämtliche Kohlekraftwerke. Der Organic-Rankine-Cycle greift im Unterschied dazu aber an Stelle von Wasser als Medium auf Ammoniak oder Silikonöle zurück. Der Vorteil: Die Verdampfungstemperatur dieser Medien ist niedriger als die von Wasser. Wie bei der Wärmepumpe auch, ist man somit wieder bei der Niedertemperatur-Energienutzung. Der Unterschied zur Wärmepumpe ist dabei, dass der ORC die Energie in elektrische Energie umwandelt. Auch das ist interessant in Verbindung mit einem BHKW: Falls die thermische Energie am Standort nicht oder kaum genutzt werden kann, hier kann es durchaus sinnvoll sein, diese über einen ORC zu verstromen.

6. Micro Grid

Ein weiteres spannendes Thema in Bezug auf die Energiewende ist „Micro Grid“. In diesem meist autarken, sehr kleinen Energienetz sind verschiedenste Erzeugungstechnologien, Speicher und Verbraucher sowie zum Teil auch die oben erwähnten Technologien über eine intelligente übergeordnete Steuerung miteinander verbunden. In einem Micro Grid finden sich neben den klassischen erneuerbaren elektrischen Energieerzeugern Photovoltaik und Wind auch fossile Erzeuger wie beispielsweise ein BHKW. Dazu kommen Stromspeicher wie Batterien und Wärmespeicher sowie Technologien der Sektorenkopplung wie PtX oder Wärmepumpe. Weitestgehend autark vom Netz der allgemeinen Versorgung und intelligent gesteuert über eine Leittechnik, läuft das Micro Grid maximal effizient. Vor allem in abgeschiedenen Regionen auf der Welt, aber auch in Industrieparks oder kleinen Dörfern ist diese Technologie eine spannende Alternative. Die Praxistauglichkeit wird derzeit verstärkt erprobt, es bleibt aber abzuwarten, in welchen Bereichen sich so ein autarkes Kleinst-Energiesystem als wirkliche Alternative zur öffentlichen Versorgung darstellt.

Bei der Energiewende mit BHKW-Technologien auf der sicheren Seite

Die Energiewende verspricht also einige spannende alternative Technologien. In Zusammenhang mit einem BHKW kann zum Beispiel eine Wärmepumpe die Nutzung der Abwärme steigern und die Effizienz der Gesamtanlage maximieren. Dieser Technologiemix mit einem BHKW bietet ein Höchstmaß an Effizienz und ist damit klar im Vorteil – ein großes Plus in Sachen Nachhaltigkeit.

 

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