MAN Power-to-Gas Anlage

Schon seit 2014 produziert eine Power-to-Gas Anlage von MAN bei Audi in Werlte klimaneutrales E-Gas. Mit der Jahresproduktion können 1.500 erdgasbetriebene Autos jeweils 15.000 Kilometer fahren. - Bild: MAN

Mit einer Studie hat kürzlich der Erdgasverband DVGW die Potenziale sogenannter regenerativer Gase im Bereich Klimaschutz nochmals deutlich gemacht. Mit einem inländischen Erzeugungspotenzial von bis zu 414 Terawattstunden (TWh) können Biogas und synthetisch hergestellte Gase knapp die Hälfte des aktuellen Gasbedarfs in Deutschland ersetzen. Dieser wird heute zu über 90 Prozent aus Importen gedeckt

Damit winkt ein Einsparpotenzial von 83 Millionen Tonnen CO2, also rund ein Zehntel der deutschen CO2-Gesamtemissionen. Insbesondere Power-to-X (PtX) gilt als wichtiger Bestandteil des künftigen Energiesystems. Per Elektrolyse und regenerativem Strom wird dabei Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten.

Green Fuels für Wärmeerzeugung und Fahrzeuge

Der erzeugte Wasserstoff kann entweder direkt genutzt oder über eine Methanisierungsstufe zu synthetischem Gas (Power-to-Gas) oder zu Flüssigkraftstoffen (Power-to-Liquid) weiterverarbeitet werden. Diese Green Fuels lassen sich sowohl in der Wärmeerzeugung als aber im Mobilitätssektor einsetzen. Gerade letzterer gilt aufgrund der wachsenden Emissionen als klimapolitisches Sorgenkind. Doch hinter PtX verbirgt sich auch eine klassische Win-win-Situation. Denn neben den positiven Klimaaspekten locken Investitionen in das neue Technologiefeld.

Dies hat man auch beim Maschinenbauverband VDMA erkannt. Die Ende vergangenen Jahres gegründete Arbeitsgemeinschaft „Power-to-X for Applications“ soll neue Wege für die breite Anwendung aufzeigen. Das Interesse ist groß. Schon zum Start zählte die vom Fachverband Motoren und Systeme auf den Weg gebrachte Initiative mehr als 50 Unternehmen.

PtX-Produktion
Über PtX lassen sich gasförmige und flüssige Kraftstoffe für unterschiedliche Anwendungsfelder herstellen. - Bild: MAN

Uwe Lauber hebt insbesondere das Potenzial hervor, nicht direkt elektrifizierbare Anwendungen mit klimafreundlich erzeugter Energie zu erschließen. Auch deshalb spricht der Chef der MAN Energy Solutions und Vorsitzende der neuen Arbeitsgemeinschaft von einer Schlüsseltechnologie der Sektorenkopplung. Denn, die Vision von batteriegetriebenen Tankern oder gar großen Flugzeugen gilt als nicht umsetzbar. Diese Lücke können realistischerweise nur Green Fuels schließen.

Der Geschäftsführer der Arbeitsgemeinschaft, Peter Müller-Baum, hebt die zahlreichen Berührungspunkte des Maschinenbaus mit der PtX-Technologie hervor. „Unsere Mitglieder stellen die Power her, beispielsweise mit Windkraftanlagen, sie stellen die Anlagen zur Umwandlung mittels Elektrolyse und Methanisierung bereit, und sie benötigen an vielen Stellen das X, sei es als Kraftstoff in mobilen Maschinen oder Schiffsmotoren, sei es in industriellen Anwendungen.“

"Nur Pilotprojekte aufzubauen reicht nicht aus"

Müller-Baum treibt zum Handeln. Denn jedes Zögern erhöhe die Kosten einer umfassenden Energiewende. „Je später wir starten, desto mehr CO2 muss eingespart werden“, stellt er klar. Aber auch volkswirtschaftliche Aspekte zwingen dazu, keine Zeit zu verlieren. Der VDMA-Experte weist darauf hin: „Heute sind wir in der P2X-Technologie führend. Bleiben können wir das aber nur, wenn wir Anlagen in Deutschland bauen und auch exportieren. Ausschließlich Pilotprojekte aufzubauen reicht dafür nicht aus.“

Peter Müller-Baum
Peter Müller-Baum, Geschäftsführer der VDMA-Arbeitsgemeinschaft „Power-to-X for Applications“. - Bild: VDMA

In die gleiche Kerbe schlägt Marc Grünewald vom Maschinenbauer MAN. Wenn man einen Industriezweig mit dem Branding „Made in Germany“ entwickeln wolle, müssten jetzt die ersten Großprojekte mit den richtigen Anwendungen im Hintergrund umgesetzt werden, so sein Credo. MAN Energy Solutions hat dafür eine PtX-Komplettlösung mit 50 Megawatt Leistung entwickelt. Grünwald ist optimistisch, dass diese noch in diesem Jahr in einem Projekt zum Einsatz kommt.

Siemens sitzt schon in den Startlöchern

Auch bei Siemens sitzt man in den Startlöchern. Der Konzern deckt große Teile der Wertschöpfungskette ab: angefangen bei der Erzeugung des erneuerbaren Stroms, über seine Transformation und Einbindung in die Elektrolyse bis zur Verdichtung der Gasströme in die Prozesse und dem Einsatz von Prozessleittechnik. Insbesondere bei der für die Elektrolyse eingesetzten Polymerelektrolytmembran(PEM)-Technologie zählt man zu den führenden Entwicklern.

„Mit mehr als 21 MW gebauter und bestellter Elektrolyseleistung und der bereits dritten Generation von PEM-Anlagen verfügen wir über eine der längsten Betriebserfahrungen“, sagt Dr. Volkmar Pflug von Siemens Power and Gas. In dieser aktuellen Generation seien PEM-Membranen mit den weltweit größten Zellenflächen im Einsatz. Das Vorstandmitglied der neuen VDMA Arbeitsgemeinschaft weist zudem darauf hin, dass mit der Einführung jeder neuen PEM-Generation „eine Verzehnfachung der Elektrolyse-Leistung innerhalb von vier bis fünf Jahren“ einhergehe.

Bei Voestalpine in Linz geht man einen Schritt in Richtung Großtechnologie. Derzeit wird dort das weltweit größte Elektrolysemodul grünen Wasserstoff produzieren. Mit einer Anschlussleistung von sechs MW ermöglicht die Anlage die Produktion von 1.200 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde.

Dr. Volkmar Pflug
Dr. Volkmar Pflug, Siemens Power and Gas. - Bild: Siemens

Aber auch bei der Erzeugung flüssiger Kraft- und Heizstoffe baut Siemens Kompetenz auf. Pflug sieht hier sogar die besseren Chancen: „Im Verkehrsbereich zeigen die Flüssigkeiten wegen ihrer hohen Energiedichte, guter Speicherbarkeit und Akzeptanz Vorteile gegenüber gasförmigen Energieträgern.“

Auch hier macht Siemens bereits Nägel mit Köpfen. Bei der CO2-basierten Synthese von Methanol – einem Ausgangsprodukt für verschiedene Kraftstoffe – sind entsprechende Aktivitäten in Zusammenarbeit mit MAN und den Stadtwerken Hassfurt im Rahmen des vom Bundeswirtschaftsministerium unterstützten Projekts „E2Fuels“ im Oktober 2018 angelaufen.

Hoffnung auf "großskalige, kommerzielle Anlagen"

Auch beim Anlagenbauer Mitsubishi-Hitachi hofft man darauf, dass „endlich großskalige, kommerzielle Anlagen gebaut werden können, die eine wirtschaftliche Perspektive auch nach dem Ende einer Förderung haben werden“, so Dr. Arthur Heberle von der europäischen Tochter Power Systems des asiatischen Großkonzerns.

Für PtX-Anlagen zur Herstellung von Methanol empfiehlt er eine Jahresproduktion in der Größenordnung von mindestens 70.000 bis 100.000. Denn neben der Strombezugskosten, den Erlösmöglichkeiten des Produktes – Methanol habe hier einen deutlich höheren Weltmarktpreis als Erdgas – spielt die Produktionsmenge bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung solcher Anlagen eine wesentliche Rolle, weiß Heberle.

Wirtschaftlich noch nicht konkurrenzfähig

Beim Thema Kosten ist klar, dass die synthetischen gegenüber den konventionellen Kraftstoffen wirtschaftlich noch nicht konkurrenzfähig sind. Für Peter Müller-Baum vom VDMA hat dies auch einen klaren Grund: Ohne eine Berücksichtigung (Internalisierung) externer Kosten, wie etwa die mit dem Klimawandel verbundenen Aufwendungen, werden solche E-Fuels auch kaum konkurrenzfähig werden.

Andererseits ist der Abstand gar nicht so groß, wenn man folgender Berechnung Baums folgt: „Ein Liter künstliches Dieseläquivalent kann für rund 1,20 bis 1,30 Euro hergestellt werden. Vergleicht man das mit den 40 bis 50 Eurocent für einen Liter Kraftstoff vor Steuern zeigt sich schnell, dass eine Änderung des steuerpolitischen Rahmens die Wirtschaftlichkeit durchaus herstellen könnte.“

Ein aus Sicht der Industrie sehr guter Hebel wäre die Anrechnung von E-Fuels auf die CO2-Flottengrenzwerte der Automobilindustrie. VDMA-Mann Baum ist sich sicher: „Aufgrund der sehr hohen CO2-Vermeidungskosten in dieser Branche würde im Prinzip unverzüglich ein Investitionsklima für CO2-neutrale Kraftstoffe entstehen.“ Leider werde diese Idee vom Bundesumweltministerium aus ideologischen Gründen abgelehnt.

Dr. Arthur Heberle
Dr. Arthur Heberle, Mitsubishi-Hitachi Power Systems. - Bild: Mitsubishi-Hitachi

Es braucht ein umfassendes Energiekonzept

Auch für MAN-Manager Grünwald sind die nicht eingepreisten Klimakosten ein wesentliches Argument. „Wir sind noch zu teuer, um eine PtX-Anlage kommerziell bauen zu können.“ Aber klar sei auch: Ohne Regulierung werde es immer günstiger sein, CO2 zu emittieren, als in seine Vermeidung zu investieren. Die Frage müsste laut Grünwald eigentlich lauten: Warum ist der CO2-Ausstoß immer noch für die meisten Sektoren kostenlos?

AG-Geschäftsführer Baum verweist noch auf einen anderen wesentlichen Aspekt: „Strom ist heute im Vergleich zu fossilen Energieträgern viel zu teuer.“ Dies liegt vor allem an den hohen Umlagen wie die für das Erneuerbare-Energien-Gesetz. Laut Baum kann die Energiewende in allen Sektoren – Strom, Wärme, Transport – nicht allein aus dem Strombereich bezahlt werden. „Hier braucht es ein umfassendes Konzept“, fordert er.

Doch daran traut sich die Politik (noch) nicht ran. Gefördert werden jetzt zunächst sogenannte Reallabore für P2X-Anlagen, wo die Technologie umfassend erprobt werden soll. Für Siemens-Manager Pflug bedeutet dies zumindest einen ersten Schritt: „Diese Testräume sind in dem komplexen Umfeld zwischen Regulierung und Technologie notwendig.“ Er hofft darauf, dass Deutschland so seinen technologischen Vorsprung auch international vermarkten kann.

Für die Herstellung von Audi e-diesel sind verschiedene chemische Reaktionsprozesse nötig.
Für die Herstellung von Audi e-diesel sind verschiedene chemische Reaktionsprozesse nötig. - Bild: Audi

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