Aus Strom mach X

Power-to-Heat bezeichnet alle Technologien, die Strom in Wärme umwandeln. Im Prinzip funktioniert es wie beim heimischen Wasser­kocher: Aus Strom wird Wärme. Nur im größeren Maß­stab. Um Fern­wärme zu erzeugen, setzen Stadt­werke und Energie­dienstleister zunehmend Elektroden­kessel ein. In ihnen wird Wasser durch Wechsel­spannung erhitzt – und das mit einem Wirkungs­grad von 99,9 Prozent. Es geht also kaum Energie verloren. Das heiße Wasser gelangt über Wärme­tauscher ins Fern­wärmenetz.

Auch Wärmepumpen kommen bei Power-to-Heat zum Einsatz. Mithilfe von Strom zapfen sie die kosten­lose Temperatur der Umgebungs­luft, des Bodens oder des Grund­wassers an und wandeln sie in Wärme zum Heizen oder für Warm­wasser um. Eine Kilowatt­stunde Strom erzeugt die drei- bis vierfache Menge an Nutz­wärme, die ebenfalls in Kilowatt­stunden gemessen wird. Entscheidend für die Effizienz der Wärme­pumpe ist die sogenannte Jahres­arbeitszahl SCOP (Seasonal Coefficient of Performance). Sie gibt das Verhältnis der pro Jahr abgegebenen Wärme­menge zur eingesetzten elektrischen Energie wieder. Eine Wärme­pumpe mit SCOP 3 erzeugt beispiels­weise aus einer Kilowatt­stunde Strom und 2 Kilowatt­stunden Umgebungs­wärme im Jahres­durchschnitt 3 Kilowatt­stunden Heiz­wärme.

Durch die Power-to-Gas-Technologie entstehen aus den gespeicherten Über­schüssen des Öko­stroms Energie­gase. Das passiert mittels Elektro­lyse. Bei diesem Verfahren wird Wasser in Wasser­stoff und Sauer­stoff auf­gespalten. Wenn in einem weiteren Schritt noch Kohlenstoff­atome hinzu­gefügt werden – die sogenannte Methanisierung –, bildet sich erneuer­bares Brenn­gas, das in die Gas­netze ein­gespeist werden kann. Das schafft Flexibilität und koppelt die Strom- und Gas­infrastruktur.

Die Power-to-Liquids-Technologie nutzt das im Power-to-Gas-Verfahren ent­standene Gas und verflüssigt es. Das geschieht entweder durch Kühlung unter den Kondensations­punkt oder durch hohen Druck, hohe Temperaturen und Katalysatoren.

Flüssiggas lässt sich leichter lagern und transportieren als gas­förmige Stoffe und die Energie­dichte ist sehr hoch. Dadurch lassen sich daraus synthetische Treib­stoffe für Flug­zeuge, Schiffe und LKWs herstellen.

Mittels der Power-to-Chemicals-Technologie wird Öko­strom über Wasser­stoff und Kohlen­stoff in Grund­chemikalien für industrielle Produktions­prozesse umgewandelt. Dabei entstehen aus dem im Power-to-Gas-Verfahren erzeugten Wasser­stoff durch zusätzliche Synthese mit CO₂ oder Stickstoff Basischemikalien wie Ethylen und Propylen sowie Ammoniak oder Methan. Diese Materialen bilden die Grundlage für die überwiegende Anzahl von Kunst­stoffen. Ammoniak zum Beispiel wird benötigt, um den Schaum­stoff Poly­urethan her­zustellen, aus dem Kleidung, Kosmetik und Matratzen produziert werden.

Derzeit basieren chemische Grund­materialien vorwiegend auf fossilen Roh­stoffen wie Erdöl und Erdgas. Mit dem Einsatz der Power-to-X-Konzepte können Industrie­unternehmen daher einen großen Schritt in Richtung effizientem Klima­schutz gehen.

Dampf spielt in vielen Branchen im Produktions­prozess eine wichtige Rolle, etwa bei der Herstellung von Lebens­mitteln, Papier, Textilien, in der Chemie- und Pharma­industrie. Dieser Dampf wird meist durch fossile Brenn­stoffe erzeugt. Moderne Power-to-Steam-Anlagen wandeln Strom in Dampf um. Dafür kann zum Beispiel über­schüssiger Öko­strom genutzt werden.

Ein weiterer technischer Ansatz ist das Dampf-Recycling. Hierbei wird bisher ungenutzter Abdampf oder über­schüssiger Dampf mittels mechanischer Kompression für weitere Prozesse nutzbar gemacht. Wenn dafür Strom aus erneuer­baren Energien eingesetzt wird, ist auch dieses Verfahren ein wichtiger Bau­stein für das Gelingen der Energie­wende.

Hierbei handelt es sich um Technologien, die Strom für die E-Mobilität bereit­stellen – über Leitungen, Batterien oder Brennstoff­zellen. Ein Segment, das aktuell stark an Fahrt aufnimmt. Denn immer mehr Menschen steigen auf E-Fahrzeuge um. In mit Wasser­stoff betriebenen Fahr­zeugen wirkt das Prinzip Gas-to-Power-to-Mobility: Eine Brennstoff­zelle wandelt Wasser­stoff und Sauer­stoff in Strom um. Fahr­zeuge mit Wasserstoff­antrieb können schon jetzt mehr als 1.000 Kilo­meter mit einer Tank­ladung fahren. Damit auch die vergleichs­weise geringere Reich­weite von batterie­betriebenen Fahr­zeugen kein Hemmnis für den Umstieg darstellt, schreitet der Ausbau der öffentlichen Lade­infrastruktur voran: Schon jetzt sind in Deutschland rund 59.000 öffentlich zugängliche Lade­punkte bei der Bundesnetz­agentur gemeldet.

Oberleitungen stellen eine weitere Lösung für das Reichweiten­problem der E-Mobilität dar. Bahnen und Busse sind schon heute vieler­orts über Ober­leitungen elektrifiziert. Damit auch der Last­verkehr nach­ziehen kann, gibt es auf Auto­bahnen Pilot­projekte mit Ober­leitungen für den elektrifizierten Langstrecken­verkehr der Zukunft.