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<title>Power-to-Gas</title>
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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Power-to-Gas</span></h1>
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<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr">
<p><b>Power-to-Gas</b> (kurz <i>PtG</i> oder <i>P2G</i>, frei übersetzt: ‚Strom zu Gas‘) ist ein <a href="Energiewirtschaft" title="Energiewirtschaft">energiewirtschaftliches</a> Konzept (bzw. eine <a href="Technologie" title="Technologie">Technologie</a>), nach dem mittels <a href="Wasserelektrolyse" title="Wasserelektrolyse">Wasserelektrolyse</a> und unter Einsatz <a href="Elektrischer_Strom" title="Elektrischer Strom">elektrischen Stroms</a> ein <a href="Brenngas" title="Brenngas">Brenngas</a> hergestellt wird.<sup id="cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-SternerJentschHolzhammer2011-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dieses Brenngas (oft <a href="Wasserstoff" title="Wasserstoff">Wasserstoff</a>, ggf. <a href="Power-to-Ammonia" title="Power-to-Ammonia">Ammoniak</a>, <a href="Methanisierung" title="Methanisierung">Methan</a>) kann zur späteren Verwendung gespeichert werden. Unter anderem kann es als Treibstoff (<a href="Power-to-Fuel" title="Power-to-Fuel">Power-to-Fuel</a>) oder als chemischer Rohstoff (<a href="Power-to-Chemicals" title="Power-to-Chemicals">Power-to-Chemicals</a>) dienen oder zur späteren Rückverstromung in <a href="Gaskraftwerk" title="Gaskraftwerk">Gaskraftwerken</a> in der <a href="Erdgasspeicher" title="Erdgasspeicher">Gasinfrastruktur</a> zwischengespeichert werden. Daneben existieren auch Konzepte für integrierte Speicherkraftwerke auf Basis <a href="Reversible_Brennstoffzelle" title="Reversible Brennstoffzelle">reversibler Brennstoffzellen</a>,<sup id="cite_ref-Varone_209_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-Varone_209-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> die mit Strom-zu-Strom-Speicherwirkungsgraden bis etwa 70 % deutlich höhere Gesamtwirkungsgrade versprechen als bisher existierende Power-to-Gas-Speicherprozesse.<sup id="cite_ref-Jensen_2015_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-Jensen_2015-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Power-to-Gas ist eine sogenannte <a href="Power-to-X" title="Power-to-X">Power-to-X</a>-Technologie. <i>Power</i> bezeichnet in diesem Zusammenhang temporäre Stromüberschüsse und das <i>X</i> die Energieform oder den Verwendungszweck, in den die elektrische Energie gewandelt wird.<sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Power-to-Gas wird als saisonaler <a href="Speicherkraftwerk" title="Speicherkraftwerk">Langfristspeicher</a> angesehen, der niedrigere Wirkungsgrade besitzt als die direkte Verwertung von Stromüberschüssen im Wärmesektor oder Verkehrswesen (<a href="Power-to-Heat" title="Power-to-Heat">Power-to-Heat</a>, <a href="Vehicle_to_Grid" title="Vehicle to Grid">Vehicle-to-Grid</a>) per <a href="Sektorenkopplung" title="Sektorenkopplung">Sektorenkopplung</a> oder als die Kurzfristspeicherung. Deshalb sollten diese Technologien aus Effizienzgründen früher zum Einsatz kommen als Langfristspeicher wie die Gasherstellung.<sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-7" class="reference"><a href="#cite_note-7"><span class="cite-bracket">[</span>7<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Es wird davon ausgegangen, dass die Power-to-Gas-Technologie beim heutigen Stand der Technik erst in der <a href="Energiewende#Phasen_der_Energiewende" title="Energiewende">dritten Phase der Energiewende</a> benötigt wird, wenn der Anteil der Erneuerbaren Energien am <a href="Strommix" title="Strommix">Strommix</a> 60 bis 70 % und mehr erreicht;<sup id="cite_ref-Henning_Tagesfragen_8-0" class="reference"><a href="#cite_note-Henning_Tagesfragen-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> andere Quellen nennen 80 %.<sup id="cite_ref-Weitemeyer_9-0" class="reference"><a href="#cite_note-Weitemeyer-9"><span class="cite-bracket">[</span>9<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Bei niedrigeren Anteilen sind Flexibilisierungsmaßnahmen im Energiesystem wie etwa der verstärkte Einsatz von <a href="W%C3%A4rmepumpenheizung" title="Wärmepumpenheizung">Wärmepumpenheizungen</a>, <a href="Elektroauto" title="Elektroauto">Elektroautos</a>, <a href="Smart_Grid" class="mw-redirect" title="Smart Grid">Smart Grids</a> und Kurzfristspeichern effektiver.<sup id="cite_ref-Henning_Tagesfragen_8-1" class="reference"><a href="#cite_note-Henning_Tagesfragen-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Ein Einsatz von Power-to-Gas zum Energietransport, um beispielsweise Stromtrassen zu ersetzen, ist aufgrund des geringen Wirkungsgrades weder ökologisch noch ökonomisch sinnvoll. Hier ist der direkte Stromtransport über <a href="Hochspannungsleitung" title="Hochspannungsleitung">Hochspannungsleitungen</a> der Power-to-Gas-Technik wegen des viel höheren Wirkungsgrades vorzuziehen.<sup id="cite_ref-10" class="reference"><a href="#cite_note-10"><span class="cite-bracket">[</span>10<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Energiewirtschaftlich und ökologisch sinnvoll ist die Nutzung der Power-to-Gas-Technologie nur, wenn für die Herstellung Stromüberschüsse aus <a href="Erneuerbare_Energien" title="Erneuerbare Energien">erneuerbaren Energien</a> (EE) oder Kernenergie<sup id="cite_ref-11" class="reference"><a href="#cite_note-11"><span class="cite-bracket">[</span>11<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> verwendet werden. Der Einsatz von <a href="Graustrom" title="Graustrom">Graustrom</a> aus <a href="Fossile_Energie" title="Fossile Energie">fossilen Energien</a> würde die Emissionen vervielfachen statt senken und wäre damit energetisch und ökologisch kontraproduktiv.<sup id="cite_ref-12" class="reference"><a href="#cite_note-12"><span class="cite-bracket">[</span>12<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Je nach Art der eingesetzten Energie wird das so erzeugte Synthesegas bisweilen auch als EE-Gas, <b>Windgas</b>, Solargas oder ähnlich genannt; je nach chemischer Zusammensetzung des Gases wird statt des Begriffes „Gas“ auch „Methan“ oder „Wasserstoff“ verwendet.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Entwicklungsgeschichte">Entwicklungsgeschichte</h2></div>
<p>Eine mögliche Definition von Power-to-Gas lautet:
</p>
<div class="Vorlage_Zitat" style="margin:1em 40px;">
<div style="margin:1em 0;"><blockquote style="margin:0;">
<p>„Der Begriff Power-to-Gas steht für ein Konzept, bei dem überschüssiger Strom dazu verwendet wird, per Wasserelektrolyse Wasserstoff zu produzieren und bei Bedarf in einem zweiten Schritt unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid (CO<sub>2</sub>) in synthetisches Methan umzuwandeln.“<sup id="cite_ref-13" class="reference"><a href="#cite_note-13"><span class="cite-bracket">[</span>13<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
</blockquote>
</div></div>
<p>Das Grundkonzept, mittels Windenergie elektrolytisch erzeugten Wasserstoff als <a href="Energietr%C3%A4ger" title="Energieträger">Energieträger</a> zu nutzen, wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts vorgeschlagen. Bereits im Jahr 1840 soll der belgische Professor Nollet einen entsprechenden Vorschlag gemacht haben; nachgewiesen ist ein Vorschlag aus dem Jahr 1868.<sup id="cite_ref-14" class="reference"><a href="#cite_note-14"><span class="cite-bracket">[</span>14<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> 1874 schrieb schließlich <a href="Jules_Verne" title="Jules Verne">Jules Verne</a> von einer <a href="Wasserstoffwirtschaft" title="Wasserstoffwirtschaft">Wasserstoffwirtschaft</a>.<sup id="cite_ref-15" class="reference"><a href="#cite_note-15"><span class="cite-bracket">[</span>15<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Technisch umgesetzt wurde die Idee erstmals im Jahr 1895, als der dänische Windkraftpionier <a href="Poul_la_Cour" title="Poul la Cour">Poul la Cour</a> eine Windkraftanlage mit angeschlossenem Elektrolyseur in Betrieb nahm, die Knallgas zur Beleuchtung der Schule in Askov lieferte.<sup id="cite_ref-16" class="reference"><a href="#cite_note-16"><span class="cite-bracket">[</span>16<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Einen Aufschwung erhielt das Konzept im 20. Jahrhundert als Baustein der angestrebten Vision einer Wasserstoffwirtschaft bzw. zur Speicherung von regenerativ erzeugtem Strom im Rahmen der Energiewende. Erst seit etwa dem Jahr 2009 wird die Möglichkeit diskutiert, Methan statt Wasserstoff zu erzeugen.
</p><p>Die halbstaatliche <a href="Deutsche_Energie-Agentur" title="Deutsche Energie-Agentur">Deutsche Energie-Agentur</a> (dena) unterhält zu den Verfahren zur Erzeugung von EE-Gas seit Oktober 2011 eigens eine Strategieplattform unter dem Titel <i>Power to Gas</i>.<sup id="cite_ref-17" class="reference"><a href="#cite_note-17"><span class="cite-bracket">[</span>17<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> In der Online-Ausgabe des <a href="Manager_Magazin" title="Manager Magazin">Manager Magazins</a> wird Power-to-Gas als neue <a href="Technologie" title="Technologie">Technologie</a> bezeichnet, deren Modell bestechend einfach klinge, da in den 450.000 Kilometer langen Gasleitungen und etwa 47 Erdgasspeichern in Deutschland schon heute Platz für 23,5 Milliarden Normkubikmeter (m³) Gas sei, der sich bis 2025 durch Erweiterungen und Neubauten auf 32,5 Milliarden m³ erhöhen soll.<sup id="cite_ref-Manager_18-0" class="reference"><a href="#cite_note-Manager-18"><span class="cite-bracket">[</span>18<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Eingeordnet nach der neunstufigen <a href="Technology_Readiness_Level" title="Technology Readiness Level">Technology-Readiness-Level</a>-Skala befand sich die chemische Methanherstellung über Power-to-Gas-Anlagen im Jahr 2017 zwischen den Stufen 7 („Prototyp im Einsatz“) und 8 („Qualifiziertes System mit Nachweis der Funktionstüchtigkeit im Einsatzbereich“).<sup id="cite_ref-19" class="reference"><a href="#cite_note-19"><span class="cite-bracket">[</span>19<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Mit Stand Mai 2018 befanden sich in Europa 128 Forschungs- und Demonstrationsanlagen in verschiedenen Stadien der Umsetzung oder Planung; davon waren 63 bereits in Betrieb.<sup id="cite_ref-20" class="reference"><a href="#cite_note-20"><span class="cite-bracket">[</span>20<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Im Juni 2020 hat die deutsche Bundesregierung eine „<a href="Nationale_Wasserstoffstrategie" title="Nationale Wasserstoffstrategie">Nationale Wasserstoffstrategie</a>“ (NWS) beschlossen.<sup id="cite_ref-21" class="reference"><a href="#cite_note-21"><span class="cite-bracket">[</span>21<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Über einen wirtschaftspolitischen Rahmen sowie 9 Milliarden Euro Staatshilfen soll mit Hilfe von Wasserstoff die Energiewende vorangebracht werden.<sup id="cite_ref-22" class="reference"><a href="#cite_note-22"><span class="cite-bracket">[</span>22<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Ein <a href="Nationaler_Wasserstoffrat" class="mw-redirect" title="Nationaler Wasserstoffrat">Nationaler Wasserstoffrat</a> von Experten begleitet dies.<sup id="cite_ref-23" class="reference"><a href="#cite_note-23"><span class="cite-bracket">[</span>23<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Konzepte">Konzepte</h2></div>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Klassisches_Konzept">Klassisches Konzept</h3></div>
<p>Das klassische Power-to-Gas umfasst die Umwandlung regenerativ erzeugter elektrischer Energie in chemische Energie und deren Speicherung im verfügbaren Gasnetz in Form verschiedener Gase. Hierfür wird Wasser zunächst mit Elektrolyseuren in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, darauf unter Zugabe von Kohlenstoffdioxid methanisiert und schließlich ins Erdgasnetz eingespeist. Anschließend kann dieser Brennstoff für verschiedene Zwecke verwendet werden: Neben der Rückverstromung in Gaskraftwerken oder Blockheizkraftwerken ist auch die Nutzung im Verkehrssektor sowie zur Wärmeerzeugung möglich.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Gas-Gewinnung">Gas-Gewinnung</h4></div>
<p>Dem synthetisch hergestellten Methangas wird auf Grund seiner Speicherfähigkeit eine besondere Rolle im Bereich der <a href="Erneuerbare_Energie" class="mw-redirect" title="Erneuerbare Energie">regenerativen Energien</a> zugeschrieben. Wie herkömmliches <a href="Synthetisches_Erdgas" class="mw-redirect" title="Synthetisches Erdgas">synthetisches Erdgas</a> kann es in das bereits vorhandene <a href="Erdgasleitung" title="Erdgasleitung">Erdgasnetz</a> eingespeist werden; es ermöglicht so die Speicherung und den Transport der Energie zum Verbraucher und kann damit das elektrische Netz entlasten. Ausgangsmaterialien für die Herstellung dieses EE-Gases sind <a href="Wasser" title="Wasser">Wasser</a> und Kohlenstoffdioxid, welche in Zeiten überschüssiger erneuerbarer Energie unter anderem zur Netzstabilisierung mittels <a href="Wasserelektrolyse" title="Wasserelektrolyse">Wasserelektrolyse</a> in <a href="Wasserstoff" title="Wasserstoff">Wasserstoff</a><sup id="cite_ref-RSC_24-0" class="reference"><a href="#cite_note-RSC-24"><span class="cite-bracket">[</span>24<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und anschließend ggf. per <a href="Sabatier-Prozess" class="mw-redirect" title="Sabatier-Prozess">Methanisierung</a> in Methan umgewandelt werden.
</p><p>Zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrades ist es sinnvoll, die bei der Elektrolyse sowie der Methanisierung anfallende <a href="Abw%C3%A4rme" title="Abwärme">Abwärme</a> ebenfalls zu nutzen. Diese fällt bei der alkalischen bzw. der PEM-Elektrolyse auf einem Temperaturniveau von 40 bis 90 °C bzw. 20 bis 100 °C an und kann somit z. B. für die Einspeisung in die Rückläufe von <a href="W%C3%A4rmenetz" title="Wärmenetz">Wärmenetzen</a>, als <a href="Prozessw%C3%A4rme" title="Prozesswärme">Prozesswärme</a> für bestimmte Industrieprozesse oder als Wärmequelle für Schwimmbäder oder Krankenhäuser dienen.<sup id="cite_ref-25" class="reference"><a href="#cite_note-25"><span class="cite-bracket">[</span>25<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading5"><h5 id="Elektrolyse">Elektrolyse</h5></div>
<p>Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser erzeugt und möglichst direkt in das Gasnetz eingespeist (die zulässige Obergrenze für die Wasserstoff<a href="Konzentration_(Chemie)" title="Konzentration (Chemie)">konzentration</a> im deutschen Erdgasnetz liegt mit Stand von 2015 im einstelligen Prozentbereich,<sup id="cite_ref-26" class="reference"><a href="#cite_note-26"><span class="cite-bracket">[</span>26<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> im <a href="Stadtgas" title="Stadtgas">Stadtgasnetz</a> waren etwa 50 % Wasserstoff enthalten) oder in Großspeichern wie <a href="Speicherkaverne" class="mw-redirect" title="Speicherkaverne">Salzkavernen</a> zwischengespeichert.<sup id="cite_ref-RSC_24-1" class="reference"><a href="#cite_note-RSC-24"><span class="cite-bracket">[</span>24<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die zur Elektrolyse benötigte elektrische Energie wird mittels <a href="Windkraftanlage" title="Windkraftanlage">Windkraftanlagen</a> oder durch <a href="Solarzelle" title="Solarzelle">Solarzellen</a> erzeugt.
</p><p>Bei der Erzeugung von Wasserstoff als EE-Gas durch Wasserelektrolyse läuft folgende chemische Reaktion ab:
</p>
<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {2\;H_{2}O+Energie\leftrightharpoons 2\;H_{2}+O_{2}} }">
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<p>Zwei Wassermoleküle (H<sub>2</sub>O) werden in zwei Wasserstoffmoleküle (H<sub>2</sub>) und ein <a href="Sauerstoff" title="Sauerstoff">Sauerstoffmolekül</a> (O<sub>2</sub>) aufgespalten.
</p><p>Zur Elektrolyse können alkalische Elektrolyseure, <a href="PEM-Elektrolyseur" class="mw-redirect" title="PEM-Elektrolyseur">PEM-Elektrolyseure</a> und <a href="Festoxidbrennstoffzelle" title="Festoxidbrennstoffzelle">Festoxidbrennstoffzellen</a> genutzt werden.<sup id="cite_ref-27" class="reference"><a href="#cite_note-27"><span class="cite-bracket">[</span>27<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Weitere Elektrolysetechniken befinden sich in der Erforschung.<sup id="cite_ref-28" class="reference"><a href="#cite_note-28"><span class="cite-bracket">[</span>28<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Beispielsweise wurde 2017 ein Elektrolyseur auf Basis eines <a href="Nickel-Eisen-Akkumulator" title="Nickel-Eisen-Akkumulator">Nickel-Eisen-Akkumulators</a> vorgestellt, der zunächst wie ein herkömmlicher <a href="Akkumulator" title="Akkumulator">Akkumulator</a> geladen und entladen werden kann. Erreicht der Akkumulator seine Kapazitätsgrenze und wird weiter Strom zugeführt, wird stattdessen Wasserstoff produziert.<sup id="cite_ref-29" class="reference"><a href="#cite_note-29"><span class="cite-bracket">[</span>29<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Solche Anlagen hätten den Vorteil, dass sie sowohl zur Kurz- als auch zur Langfristspeicherung geeignet wären.<sup id="cite_ref-30" class="reference"><a href="#cite_note-30"><span class="cite-bracket">[</span>30<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Ein Beispiel für die industrielle Realisierung ist die Wasserstoffproduktion durch die <i>Wind to Gas Energy GmbH & Co. KG</i> auf dem Gelände des Industrieparks Brunsbüttel.<sup id="cite_ref-31" class="reference"><a href="#cite_note-31"><span class="cite-bracket">[</span>31<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading5"><h5 id="Methanisierung">Methanisierung</h5></div>
<div class="mw-heading mw-heading6"><h6 id="Technische_Methanisierung">Technische Methanisierung</h6></div>
<p>Alternativ kann der Wasserstoff zusammen mit zuvor aus Industrieprozessen abgeschiedenem oder aus der Luft gewonnenem <a href="Kohlenstoffdioxid" title="Kohlenstoffdioxid">Kohlenstoffdioxid</a> in Methangas umgewandelt werden, was eine Form des <a href="Carbon_Capture_and_Utilization" title="Carbon Capture and Utilization">Carbon-Capture-and-Utilization</a>-Konzeptes darstellt. Das gewonnene Methan kann anschließend bis zu 100 % in das Gasnetz eingespeist oder in <a href="Gasbeh%C3%A4lter" title="Gasbehälter">Gasspeichern</a> gelagert werden. Im Gegensatz zur <a href="Wasserstoffherstellung" title="Wasserstoffherstellung">Wasserstoffherstellung</a> steht in diesem Fall die komplette Erdgasinfrastruktur für Speicherung und Transport zur Verfügung.<sup id="cite_ref-32" class="reference"><a href="#cite_note-32"><span class="cite-bracket">[</span>32<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Grundsätzlich gilt jedoch, dass die Erzeugung von synthetischem PtG-Methan unsinnig ist, solange noch parallel aus fossilem Erdgas Wasserstoff für die stoffliche Nutzung gewonnen wird. Bislang werden von der Wirtschaft große Mengen Wasserstoff benötigt. Im Jahr 2010 nutzte die deutsche Industrie z. B. mehr als 60 TWh Wasserstoff für die Produktion von Ammoniak, Methanol und in Raffinerien, die durch Elektrolysewasserstoff aus erneuerbaren Energien ersetzt werden könnten.<sup id="cite_ref-33" class="reference"><a href="#cite_note-33"><span class="cite-bracket">[</span>33<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Bei der Erzeugung von Methan als EE-Gas läuft folgende Reaktion ab:<sup id="cite_ref-Sterner2009_34-0" class="reference"><a href="#cite_note-Sterner2009-34"><span class="cite-bracket">[</span>34<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {4\;H_{2}+CO_{2}\rightarrow CH_{4}+2\;H_{2}O} \qquad \Delta H_{\mathrm {R} }=-164{,}9\,{\frac {\mathrm {kJ} }{\mathrm {mol} }}}">
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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/0fa5e3d8308df175612498bea7847fd77b7b73ff.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.005ex; width:54.455ex; height:5.509ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {4\;H_{2}+CO_{2}\rightarrow CH_{4}+2\;H_{2}O} \qquad \Delta H_{\mathrm {R} }=-164{,}9\,{\frac {\mathrm {kJ} }{\mathrm {mol} }}}" loading="lazy"></span></dd></dl>
<p>Dabei beschreibt <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \Delta H_{\mathrm {R} }}">
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</p>
<dl><dd>(1) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {H_{2}+CO_{2}\rightarrow CO+H_{2}O} \qquad \Delta H_{\mathrm {R} }=+41{,}5\,{\frac {\mathrm {kJ} }{\mathrm {mol} }}}">
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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/bc0d5d4ff0e1db06e7450ccf4a4a08726981635d.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.005ex; width:48.688ex; height:5.509ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {H_{2}+CO_{2}\rightarrow CO+H_{2}O} \qquad \Delta H_{\mathrm {R} }=+41{,}5\,{\frac {\mathrm {kJ} }{\mathrm {mol} }}}" loading="lazy"></span></dd>
<dd>(2) <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \mathrm {3\;H_{2}+CO\rightarrow CH_{4}+H_{2}O} \qquad \Delta H_{\mathrm {R} }=-206{,}4\,{\frac {\mathrm {kJ} }{\mathrm {mol} }}}">
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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \mathrm {3\;H_{2}+CO\rightarrow CH_{4}+H_{2}O} \qquad \Delta H_{\mathrm {R} }=-206{,}4\,{\frac {\mathrm {kJ} }{\mathrm {mol} }}}</annotation>
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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/34aa94fa190f5044b052743c711d8697ab2fba06.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.005ex; width:51.593ex; height:5.509ex;" alt="{\displaystyle \mathrm {3\;H_{2}+CO\rightarrow CH_{4}+H_{2}O} \qquad \Delta H_{\mathrm {R} }=-206{,}4\,{\frac {\mathrm {kJ} }{\mathrm {mol} }}}" loading="lazy"></span></dd></dl>
<p>In der ersten Teilreaktion reagiert der per Elektrolyse erzeugte Wasserstoff (H<sub>2</sub>) zunächst in einer reversen <a href="Wassergas-Shift-Reaktion" title="Wassergas-Shift-Reaktion">Wassergas-Shift-Reaktion</a> mit Kohlenstoffdioxid (CO<sub>2</sub>) zu Kohlenmonoxid (CO) und Wasser (H<sub>2</sub>O). In der zweiten Teilreaktion reagiert das im ersten Schritt entstandene Kohlenmonoxid mit weiterem Wasserstoff zu Methan (CH<sub>4</sub>) und wiederum Wasser. Bei dieser zweiten Teilreaktion handelt es sich um eine Variante der <a href="Fischer-Tropsch-Synthese" title="Fischer-Tropsch-Synthese">Fischer-Tropsch-Synthese</a>.<sup id="cite_ref-35" class="reference"><a href="#cite_note-35"><span class="cite-bracket">[</span>35<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Da der Prozess exotherm verläuft, entsteht Abwärme. Wird diese zur Verdampfung des Wassers in Kombination mit einer Hochtemperatur-Dampfelektrolyse eingesetzt, kann der Wirkungsgrad des Gesamtprozesses um etwa 16 % gesteigert werden.<sup id="cite_ref-36" class="reference"><a href="#cite_note-36"><span class="cite-bracket">[</span>36<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Mögliche Kohlenstoffdioxidquellen sind mit fossilen und biogenen Energieträgern befeuerte Kraftwerke, Biogasanlagen, Industrieprozesse und eine Direktabscheidung aus der Umgebungsluft.<sup id="cite_ref-Sterner2009_34-2" class="reference"><a href="#cite_note-Sterner2009-34"><span class="cite-bracket">[</span>34<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-1" class="reference"><a href="#cite_note-SternerJentschHolzhammer2011-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Auch <a href="Kl%C3%A4ranlage" title="Kläranlage">Kläranlagen</a> bieten sich aufgrund von Synergieeffekten an, insbesondere für kommunale Betriebe mit eigenem <a href="Fuhrpark" title="Fuhrpark">Fuhrpark</a>.<sup id="cite_ref-37" class="reference"><a href="#cite_note-37"><span class="cite-bracket">[</span>37<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Zwei <a href="Verbundeffekt" title="Verbundeffekt">Verbundeffekte</a> ergeben sich jedoch bei der Kombination mit einer <a href="Biogasanlage" title="Biogasanlage">Biogasanlage</a>. Zum einen kann der Einspeisepunkt in das Erdgasnetz gemeinsam genutzt werden, zum anderen enthält Roh<a href="Biogas" title="Biogas">biogas</a> neben Methan als Hauptbestandteil erhebliche Mengen CO<sub>2</sub>. Letzteres müsste vor der Einspeisung abgetrennt werden, wie auch bei der Herstellung von Biomethan als <a href="Biokraftstoffe#Zweite_Generation" class="mw-redirect" title="Biokraftstoffe">Biokraftstoff</a>. Dieser Schritt kann durch Methanisierung eingespart werden. Das schon vorhandene Methan stört dabei nicht, wohl aber Spuren von <a href="Schwefelwasserstoff" title="Schwefelwasserstoff">Schwefelwasserstoff</a>, die für diese Nutzung abgetrennt werden müssen,<sup id="cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-2" class="reference"><a href="#cite_note-SternerJentschHolzhammer2011-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> etwa durch <a href="Aktivkohle" title="Aktivkohle">Aktivkohle</a>. Ein oxidatives Verfahren wie bei der <a href="Rauchgasentschwefelung" title="Rauchgasentschwefelung">Rauchgasentschwefelung</a> wäre ungeeignet, da der notwendige Lufteintrag den Ertrag schmälern würde.
</p><p>Während Wasserstoff als EE-Gas lediglich der Elektrolyse bedarf, laufen die meisten Verfahren zur EE-Gas-Produktion in Form von Methan chemisch ab und erfordern einen hohen Druck, eine hohe Temperatur, CO<sub>2</sub>-Konzentration und -Reinheit.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading6"><h6 id="Mikrobielle_Methanisierung">Mikrobielle Methanisierung</h6></div>
<p>Es ist möglich, die Methansynthese in Bioreaktoren mithilfe von <a href="Archaeen" title="Archaeen">Archaeen</a> durchzuführen (<a href="Biologische_Methanisierung" title="Biologische Methanisierung">biologische Methanisierung</a>). Durch die hohe Selektivität der Mikroorganismen kann auch bei niedrigeren Konzentrationen methanisiert werden.<sup id="cite_ref-38" class="reference"><a href="#cite_note-38"><span class="cite-bracket">[</span>38<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-39" class="reference"><a href="#cite_note-39"><span class="cite-bracket">[</span>39<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-40" class="reference"><a href="#cite_note-40"><span class="cite-bracket">[</span>40<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der mikrobielle Power-to-Gas-Prozess basiert auf dem gleichen Prinzip wie die chemische Variante. Der Unterschied ist, dass er unter physiologischen Bedingungen stattfindet und eine bessere <a href="Energieeffizienz" title="Energieeffizienz">Energieeffizienz</a> hat. Das bedeutet, dass der gebildete Wasserstoff wie beim chemischen Prozess durch <a href="Elektrolyse" title="Elektrolyse">Elektrolyse</a> gewonnen wird. Dies geschieht aber bei <a href="Raumtemperatur" title="Raumtemperatur">Raumtemperatur</a> und neutralem <a href="PH-Wert" title="PH-Wert">pH-Wert</a>. Die Methanbildungsraten sind allerdings geringer als bei der chemischen Variante. Dem Problem kann begegnet werden, indem die Kathodenoberfläche vergrößert wird.<sup id="cite_ref-41" class="reference"><a href="#cite_note-41"><span class="cite-bracket">[</span>41<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Der Prozess vollzieht sich schrittweise. Zunächst werden Enzyme <a href="Sekretion" title="Sekretion">sezerniert</a>, die sich an der Kathodenoberfläche anheften<sup id="cite_ref-42" class="reference"><a href="#cite_note-42"><span class="cite-bracket">[</span>42<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und so das Überpotential zur <a href="Elektrolyse" title="Elektrolyse">Elektrolyse</a> reduzieren.<sup id="cite_ref-43" class="reference"><a href="#cite_note-43"><span class="cite-bracket">[</span>43<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Danach beginnen methanogene <a href="Archaeen" title="Archaeen">Archaeen</a> den gebildeten Wasserstoff zur <a href="Methanogenese" title="Methanogenese">Methanogenese</a> zu nutzen. Diese sogenannten Methanogenen wachsen sowohl bei Raumtemperatur als auch bei höheren Temperaturen, bei denen die Methanbildungsraten ebenfalls höher sind. Methanogene, die typischerweise die Reaktoren besiedeln, gehören den Gattungen <i><a href="Methanobacterium" title="Methanobacterium">Methanobacterium</a></i><sup id="cite_ref-44" class="reference"><a href="#cite_note-44"><span class="cite-bracket">[</span>44<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-45" class="reference"><a href="#cite_note-45"><span class="cite-bracket">[</span>45<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> <i><a href="Methanobrevibacter" title="Methanobrevibacter">Methanobrevibacter</a></i><sup id="cite_ref-46" class="reference"><a href="#cite_note-46"><span class="cite-bracket">[</span>46<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und <i><a href="Methanothermobacter" title="Methanothermobacter">Methanothermobacter</a></i> (thermophil)<sup id="cite_ref-47" class="reference"><a href="#cite_note-47"><span class="cite-bracket">[</span>47<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> an. Eine direkte Elektronenübertragung wurde ebenfalls postuliert.<sup id="cite_ref-48" class="reference"><a href="#cite_note-48"><span class="cite-bracket">[</span>48<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Ein neues, sich noch in Entwicklung befindendes Verfahren verlegt die Methanisierung in den Fermenter einer Biogasanlage und nutzt dafür die vorhandenen Mikroorganismen. Die überschüssigen CO<sub>2</sub>-Mengen entstehen, weil die Mikroorganismen zu wenig Wasserstoff vorfinden. Wenn per Elektrolyse direkt im Fermenter Wasserstoff erzeugt wird, kann so eine Methanausbeute von bis zu 95 Prozent erreicht werden und die anfallende Abwärme kann auch noch genutzt werden.<sup id="cite_ref-49" class="reference"><a href="#cite_note-49"><span class="cite-bracket">[</span>49<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Einspeisung">Einspeisung</h4></div>
<div class="mw-heading mw-heading5"><h5 id="Einspeisepunkte">Einspeisepunkte</h5></div>
<p>EE-Gas kann prinzipiell an jeder beliebigen Stelle in das Erdgasnetz eingespeist werden. Da Einspeisepunkte eine entsprechende Infrastruktur zur <a href="Messung" title="Messung">Messung</a> der eingespeisten Gasmenge benötigen,<sup id="cite_ref-50" class="reference"><a href="#cite_note-50"><span class="cite-bracket">[</span>50<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> bietet sich beispielsweise auch eine Einspeisung im Bereich existierender oder neu geschaffener Gasversorgungsbauwerke – wozu unter anderem <a href="Gaswerk" title="Gaswerk">Gaswerke</a>, <a href="Gaskraftwerk" title="Gaskraftwerk">Gaskraftwerke</a>, <a href="Hybridkraftwerk" title="Hybridkraftwerk">Hybridkraftwerke</a>, <a href="Kraft-W%C3%A4rme-Kopplung" title="Kraft-Wärme-Kopplung">Kraft-Wärme-Kopplungs</a>-Anlagen, <a href="Verdichterstation" title="Verdichterstation">Verdichterstationen</a> oder auch die Gasometer genannten <a href="Gasbeh%C3%A4lter" title="Gasbehälter">Gasbehälter</a> zählen – als Einspeisepunkte an. Auch eine Verknüpfung der Einspeisung mit vorhandenen <a href="Biogasanlage" title="Biogasanlage">Biogasanlagen</a> ist generell denkbar.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading5"><h5 id="Wasserstoffeinspeisung_versus_Methanisierung">Wasserstoffeinspeisung versus Methanisierung</h5></div>
<p>Bei der Umsetzung von Power-to-Gas werden in der Fachwelt verschiedene Probleme diskutiert:
</p><p>Für die Speicherung als Wasserstoff spricht der deutlich höhere Wirkungsgrad gegenüber der Methanisierung. Bei Wasserstoff- und Sauerstoffspeicherung nach Hochdruckelektrolyse und einem nachfolgenden, mit Knallgas betriebenen <a href="GUD-Kraftwerk" class="mw-redirect" title="GUD-Kraftwerk">GUD-Kraftwerk</a> konnte an einer Windkraftanlage ein mittlerer elektrischer Gesamtwirkungsgrad (Elektrolyse <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \rightarrow }">
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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/53e574cc3aa5b4bf5f3f5906caf121a378eef08b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:2.324ex; height:1.843ex;" alt="{\displaystyle \rightarrow }" loading="lazy"></span>Speicherung <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle \rightarrow }">
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</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/53e574cc3aa5b4bf5f3f5906caf121a378eef08b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:2.324ex; height:1.843ex;" alt="{\displaystyle \rightarrow }" loading="lazy"></span>Rückverstromung) bis 50 % demonstriert werden.<sup id="cite_ref-51" class="reference"><a href="#cite_note-51"><span class="cite-bracket">[</span>51<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Zugleich sind die Investitionskosten in die Speicheranlagen geringer, da auf die Methanisierungsanlagen verzichtet werden kann. Bei der Methanisierung wird zusätzlich Energie verbraucht, weshalb der Energieverlust bei der Rückverstromung 2012 bei 50 bis 67 Prozent lag. Dazu gab die Unternehmensberatung <a href="A.T._Kearney" class="mw-redirect" title="A.T. Kearney">A.T. Kearney</a> 2012 an, dass ein sich ergebender Preis von 80 Euro pro <a href="Megawattstunde" class="mw-redirect" title="Megawattstunde">Megawattstunde</a> für künstlich produziertes Methan dreimal so hoch wie der konventionellen Erdgases wäre.<sup id="cite_ref-Manager_18-1" class="reference"><a href="#cite_note-Manager-18"><span class="cite-bracket">[</span>18<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Bei einer anspruchsvollen Klimaschutzpolitik ist außerdem davon auszugehen, dass langfristig nur noch wenige Quellen für konzentriertes Kohlenstoffdioxid zur Verfügung stehen werden. Alternativ wäre eine Gewinnung aus der Luft möglich, die jedoch energetisch aufwändig und teuer ist.<sup id="cite_ref-Ökoinstitut_Prüfung_52-0" class="reference"><a href="#cite_note-Ökoinstitut_Prüfung-52"><span class="cite-bracket">[</span>52<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Eine Tonne CO<sub>2</sub> aufzufangen kostet bis zu 500 Euro.
</p><p>Die Bundesnetzagentur vertritt die Meinung, dass sowohl der Wasserstoff prioritär auf der Ebene der <a href="%C3%9Cbertragungsnetz" class="mw-redirect" title="Übertragungsnetz">Übertragungsnetze</a> als auch die Methanisierung auf der Ebene der <a href="Gasverteilnetz" class="mw-redirect" title="Gasverteilnetz">Gasverteilnetze</a> eine Zukunft haben.<sup id="cite_ref-Ontras_53-0" class="reference"><a href="#cite_note-Ontras-53"><span class="cite-bracket">[</span>53<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Gasnetzbetreiber <a href="Ontras" title="Ontras">Ontras</a> sieht den Wasserstoff-Anteil im Gas derzeit aufgrund von Beschränkungen bei den Anwendungen, insbesondere bei <a href="Erdgasfahrzeug" title="Erdgasfahrzeug">CNG als Kraftstoff</a>, bei 2 Prozent. Das Leitungssystem verträgt jetzt schon auch höhere Wasserstoffanteile. Der Verein des Deutschen Gas- und Wasserfachs (DVGW) sieht 10 Prozent Wasserstoff als unkritisch an. Die Alternative wäre, ihn nach der Zugabe von Kohlenstoffdioxid umgewandelt als Methan entgegenzunehmen.<sup id="cite_ref-Ontras_53-1" class="reference"><a href="#cite_note-Ontras-53"><span class="cite-bracket">[</span>53<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Umstritten ist, wie hoch die Einspeisegrenzen für Wasserstoff sein können. Gegen zu hohe Wasserstoffkonzentration sprechen nicht nur mögliche Materialschäden an <a href="Erdgasleitung" title="Erdgasleitung">Gasleitungen</a>, <a href="Verdichter" title="Verdichter">Verdichtern</a> und anderen gastechnischen Anlagen, sondern vor allem sicherheitstechnische Fragen zur Vermeidung einer <a href="Knallgas" title="Knallgas">Knallgasreaktion</a>. Andererseits gibt es bereits im Ruhrgebiet seit 1938 ein über 240 km langes <a href="Pipeline#Wasserstoff-Pipeline_Rhein-Ruhr" title="Pipeline">Wasserstoffnetz</a>. Weltweit existierten 2010 mehr als 1000 Kilometer Wasserstoffleitungen.<sup id="cite_ref-54" class="reference"><a href="#cite_note-54"><span class="cite-bracket">[</span>54<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> <a href="Air_Liquide" title="Air Liquide">Air Liquide</a> betrieb mit Stand von 2016 weltweit Wasserstoff-Pipelines mit einer Gesamtlänge von fast 2000 km.<sup id="cite_ref-55" class="reference"><a href="#cite_note-55"><span class="cite-bracket">[</span>55<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Außerdem treten die unerwünschten Korrosions-Effekte vorwiegend bei un- oder niedriglegierten Stählen auf. Die Stähle nach DIN EN 10208-2, die hauptsächlich im Gasrohrleitungsbau eingesetzt werden, sind davon weniger betroffen, was durch mehrere Studien belegt wurde.<sup id="cite_ref-56" class="reference"><a href="#cite_note-56"><span class="cite-bracket">[</span>56<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Nutzung_des_Synthesegases">Nutzung des Synthesegases</h4></div>
<table class="wikitable float-right">
<caption>Wirkungsgrad je nach Verwendung des Stroms, Feb. 2011<br>(ggf. Methanisierung von Biogas)<sup id="cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-3" class="reference"><a href="#cite_note-SternerJentschHolzhammer2011-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</caption>
<tbody><tr>
<th>Weg</th>
<th>Wirkungsgrad</th>
<th>Anmerkung
</th></tr>
<tr>
<td colspan="3"><b>Strom → Gas</b>
</td></tr>
<tr>
<td>Wasserstoff</td>
<td>54–72 %</td>
<td rowspan="2">mit 200 bar komprimiert
</td></tr>
<tr>
<td>Methan (SNG)</td>
<td>49–64 %
</td></tr>
<tr>
<td>Wasserstoff</td>
<td>57–73 %</td>
<td rowspan="2">mit 80 bar komprimiert<br>(Erdgasleitung)
</td></tr>
<tr>
<td>Methan (SNG)</td>
<td>50–64 %
</td></tr>
<tr>
<td>Wasserstoff</td>
<td>64–77 %</td>
<td rowspan="2">ohne Kompression
</td></tr>
<tr>
<td>Methan (SNG)</td>
<td>51–65 %
</td></tr>
<tr>
<td colspan="3"><b>Strom → Gas → Strom</b>
</td></tr>
<tr>
<td>Wasserstoff</td>
<td>34–44 %</td>
<td rowspan="2">mit 80 bar komprimiert<br>und zu 60 % verstromt
</td></tr>
<tr>
<td>Methan (SNG)</td>
<td>30–38 %
</td></tr>
<tr>
<td colspan="3"><b>Strom → Gas → Strom & Wärme (<a href="Kraft-W%C3%A4rme-Kopplung" title="Kraft-Wärme-Kopplung">KWK</a>)</b>
</td></tr>
<tr>
<td>Wasserstoff</td>
<td>48–62 %</td>
<td rowspan="2">mit 80 bar komprimiert und<br>Strom/Wärme anteilig 40/45 %
</td></tr>
<tr>
<td>Methan (SNG)</td>
<td>43–54 %
</td></tr>
</tbody></table>
<p>Für Wasserstoff und Methan bieten sich unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten an. Da Erdgas zum überwiegenden Teil aus Methan besteht, kann Erdgas in vielen Fällen durch Methan aus Power-to-Gas-Anlagen ersetzt werden. Die Power-to-Gas-Technologie lässt sich somit für viele Anwendungen einsetzen und verbindet somit Märkte für elektrischen Strom, <a href="W%C3%A4rme" title="Wärme">Wärme</a> und <a href="R%C3%A4umliche_Mobilit%C3%A4t" title="Räumliche Mobilität">Mobilität</a> miteinander.<sup id="cite_ref-RSC_24-2" class="reference"><a href="#cite_note-RSC-24"><span class="cite-bracket">[</span>24<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Nutzungsgrad ist bei Wasserstoffeinspeisung von der Verwendung des Gases, vom Energieaufwand für die Verdichtung sowie von der Länge der Transportleitungen abhängig.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading5"><h5 id="Erzeugung_elektrischer_Energie">Erzeugung elektrischer Energie</h5></div>
<p>Die chemische Energie von EE-Gas kann bei Bedarf in <a href="Elektrische_Energie" title="Elektrische Energie">elektrische Energie</a> umgewandelt werden. Es kann in unterschiedlichen Arten von Gaskraftwerken und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen rückverstromt werden. Wird EE-Gas als Stromspeicher eingesetzt, beträgt der Wirkungsgrad von Strom zu Strom zwischen 30 % und 44 %.<sup id="cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-4" class="reference"><a href="#cite_note-SternerJentschHolzhammer2011-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Wird EE-Gas in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen rückverstromt, sind Gesamtwirkungsgrade von 43 % bis 62 % erreichbar (45 % Wärmeanteil der KWK mit eingerechnet).<sup id="cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-5" class="reference"><a href="#cite_note-SternerJentschHolzhammer2011-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading5"><h5 id="Wärme"><span id="W.C3.A4rme"></span>Wärme</h5></div>
<p>Wie fossiles <a href="Erdgas" title="Erdgas">Erdgas</a> heute kann EE-Gas theoretisch für die Wärmebereitstellung beispielsweise zum Kochen oder <a href="Geb%C3%A4udeheizung" title="Gebäudeheizung">Heizen</a> eingesetzt werden. Für die Gasherstellung fallen dann etwa 35 % thermische Energieverluste an. In der Praxis wäre es jedoch energetisch sehr <a href="Energieeffizienz" title="Energieeffizienz">ineffizient</a>, Gebäude mit EE-Gas und Gas-<a href="Brennwertkessel" title="Brennwertkessel">Brennwertkesseln</a> zu beheizen, da eine solche Wärmeversorgung ein Mehrfaches an Primärelektrizität benötigen würde als der alternative Einsatz einer <a href="W%C3%A4rmepumpenheizung" title="Wärmepumpenheizung">Wärmepumpenheizung</a>. So würde ein von einer Wärmepumpe beheiztes Haus mit 15.000 kWh Wärmebedarf pro Jahr bei einer üblichen <a href="Jahresarbeitszahl" class="mw-redirect" title="Jahresarbeitszahl">Jahresarbeitszahl</a> von 3 rund 5.000 kWh elektrischer Energie benötigen. Eine sehr effiziente Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 5 käme sogar mit nur 3000 kWh aus. Hingegen läge der Stromverbrauch bei Nutzung einer Gas-Brennwerttherme, die mit PtG-Gas betrieben wird, infolge der Verluste bei der Gasherstellung bei insgesamt ca. 23.000 kWh, und damit um ein Mehrfaches höher.<sup id="cite_ref-57" class="reference"><a href="#cite_note-57"><span class="cite-bracket">[</span>57<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Mit Stand 2025 herrscht ein <a href="Stand_der_Forschung" class="mw-redirect" title="Stand der Forschung">wissenschaftlicher Konsens</a>, dass Wasserstoff wegen seiner vergleichsweise geringen Effizienz und hoher Kosten nicht großflächig zum Heizen genutzt werden wird.<sup id="cite_ref-58" class="reference"><a href="#cite_note-58"><span class="cite-bracket">[</span>58<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Eine 2024 publizierte Übersichtsstudie hält fest, dass zwar häufig grüner oder blauer Wasserstoff vorgeschlagen werde, um bisher mit Erdgas betriebene Gasheizungen 1:1 zu ersetzen, häufig von Gasnetzbetreibern und der Heizungsindustrie. Von 54 untersuchten <i>unabhängigen</i> Studien, d. h. nicht von einer Industriebranche oder Heizungstechnikhersteller bestellten oder finanzierten Arbeiten, habe jedoch keine einzige Studie eine bedeutsame Rolle von Wasserstoff im Heizungssektor bzw. der Warmwassererzeugung ergeben. Ebenso lasse keine einzige der untersuchten Studien weder gegenwärtig noch in der Zukunft niedrigere Verbraucherkosten von Wasserstoffheizungen verglichen mit Wärmepumpen oder Fernwärme erwarten, da der Energieverbrauch bei Wasserstoffheizungen um Faktor 4 bis 6 höher liege als den Alternativen. Pozential für Wasserstoffheizungen gebe es vor allem in Nischenrollen.<sup id="cite_ref-59" class="reference"><a href="#cite_note-59"><span class="cite-bracket">[</span>59<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Eine 2022 erschienene Übersichtsarbeit, die 32 unabhängige (d. h. nicht von <a href="Wirtschaftsverband" title="Wirtschaftsverband">Industrieverbänden</a> oder -unternehmen in Auftrag gegebene) Studien analysierte, war bereits 2022 zu dem Ergebnis gekommen, dass emissionsarmer oder emissionsfreier Wasserstoff zwar massiv von der Gas- und Heizungsindustrie beworben und als Schlüsseltechnologie gepriesen werde, jedoch keine einzige der untersuchten Studien den großflächigen Einsatz von Wasserstoff zu Heizzwecken empfahl. Stattdessen kamen die Studien zum Ergebnis, dass Wasserstoff verglichen mit anderen Alternativen wie Wärmepumpen, <a href="Solarthermie" title="Solarthermie">Solarthermie</a> oder <a href="Fernw%C3%A4rme" title="Fernwärme">Fernwärmenetzen</a> teurer, ineffizienter und ressourcenintensiver sei und größere negative Umweltauswirkungen habe. Insbesondere verursachten Wasserstoffheizungen aufgrund des um etwa Faktor fünf höheren Energieverbrauchs höhere Energiesystemkosten als die Alternativen, bedeuteten höhere Gesamtkosten für Endverbraucher und benötigten mehr Energieinfrastruktur, Ressourcen und verursachten mehr Flächenverbrauch. Auch würde sich durch sinkende Wasserstoffkosten durch günstigere Ökostromproduktion kein Vorteil ergeben, da dieser Vorteil genauso für Wärmepumpen gelte und damit das relative Kostenverhältnis der Technologien sich nicht verändere. Zwar könnte Wasserstoff eine ergänzende Rolle im Wärmesektor spielen, beispielsweise für Spitzenlasten in Wärmenetzen, die vorhandene Beleglage liefere aber keinen Grund für die Annahme, dass fossiles Erdgas 1 zu 1 durch Wasserstoff ersetzt werden solle. Im Gegenteil berge die Diskussion über zukünftige Wasserstoffheizungen die Gefahr, dass der Umstieg auf bereits heute verfügbare saubere Heiztechnologien, die schon heute Emissionen einsparen könnten, verzögert würde. Auch gebe es zahlreiche konkurrierende Wasserstoffgroßverbraucher z. B. in der Industrie, für die es kaum Alternativen zum Wasserstoff gebe, die daher Vorrang vor Heizungen haben sollten.<sup id="cite_ref-60" class="reference"><a href="#cite_note-60"><span class="cite-bracket">[</span>60<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading5"><h5 id="Mobilität"><span id="Mobilit.C3.A4t"></span>Mobilität</h5></div>
<div class="hauptartikel" role="navigation"><span class="hauptartikel-pfeil" title="siehe" aria-hidden="true" role="presentation">→ </span><i><span class="hauptartikel-text">Hauptartikel</span>: <a href="Power-to-Fuel" title="Power-to-Fuel">Power-to-Fuel</a> und <a href="E-Fuel" title="E-Fuel">E-Fuel</a></i></div>
<p>EE-Gas kann unter anderem in <a href="Brennstoffzellenfahrzeug" title="Brennstoffzellenfahrzeug">Brennstoffzellenfahrzeugen</a> oder zum Antrieb von <a href="Gasfahrzeug" class="mw-redirect" title="Gasfahrzeug">Gasfahrzeugen</a> mit Verbrennungsmotor (z. B. <a href="Erdgasfahrzeug" title="Erdgasfahrzeug">Erdgasfahrzeuge</a>) eingesetzt werden. Eine mögliche Anwendung von EE-Gas in Form von EE-Wasserstoff wird möglicherweise die Mobilität in Form von Treibstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge sein. Dies erklärt sich aus folgenden Gründen:
</p>
<ul><li>Die Gewinnung von EE-Wasserstoff erfolgt in Zeiten hohen Energieangebotes aus Wind- bzw. Solarenergie mit dem Ziel, Energie aus dem elektrischen System herauszutransferieren: Eine Rückführung dieser Energie in das elektrische System ist mit hohen Verlusten verbunden und sollte unterbleiben bzw. Engpasszeiten (zu wenig Stromangebot) vorbehalten bleiben.</li>
<li>die Preise für Wind- und Solarstrom sinken seit Jahren.</li></ul>
<p>Neben der Nutzung von Gas kommen für den Mobilitätssektor auch synthetische flüssige Kraftstoffe in Frage, eine Technik, die als <i><a href="Power_to_Liquid" title="Power to Liquid">Power to Liquid</a></i> (deutsch etwa: „Elektrische Energie zu Flüssigkeit“) bekannt ist.<sup id="cite_ref-VDI_120621_61-0" class="reference"><a href="#cite_note-VDI_120621-61"><span class="cite-bracket">[</span>61<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Anders als Power-to-Gas haben die unterschiedlichen Power-to-Liquid-Technologien die Herstellung flüssiger Kraftstoffe wie z. B. <a href="Methanol" title="Methanol">Methanol</a> als Ziel. Gründe für die Herstellung flüssiger Treibstoffe anstelle von Methan sind unter anderem die niedrige volumetrische Dichte von Methan sowie sein vergleichsweise hohes <a href="Treibhauspotential" title="Treibhauspotential">Treibhauspotential</a> von ca. 30. Daher wird die <a href="Methanolherstellung" title="Methanolherstellung">Methanolherstellung</a> durch <a href="Hydrierung" title="Hydrierung">Hydrierung</a> von Kohlendioxid für die Synthese von Kraftstoffen für das Verkehrswesen als vielversprechenderer Technologiepfad angesehen als die Produktion von gasförmigem Methan.<sup id="cite_ref-62" class="reference"><a href="#cite_note-62"><span class="cite-bracket">[</span>62<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Gerade im PKW-Sektor gilt die großflächige Nutzung synthetischer Brennstoffe aus PtG bzw. PtL-Anlagen aber als wenig sinnvoll, da sich aufgrund des geringen Gesamtwirkungsgrades dieses Systems ein bei weitem höherer Energiebedarf ergibt als beim Einsatz von batterieelektrischen Fahrzeugen. Dies wiederum würde sowohl einen deutlich höheren Zubau erneuerbarer Energieanlagen erfordern als auch höhere Kosten verursachen.<sup id="cite_ref-63" class="reference"><a href="#cite_note-63"><span class="cite-bracket">[</span>63<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Auch Brennstoffzellenfahrzeuge gelten aufgrund des hohen Energieverbrauchs vor allem als mögliche Alternative im Langstreckenverkehr.<sup id="cite_ref-64" class="reference"><a href="#cite_note-64"><span class="cite-bracket">[</span>64<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Hingegen könnten Wasserstoff oder alternativ daraus gewonnene synthetische Brennstoffe die Rolle als wichtigster Treibstoff im Langstrecken-<a href="Schiffsverkehr" class="mw-redirect" title="Schiffsverkehr">Schiffsverkehr</a> sowie der <a href="Luftfahrt" title="Luftfahrt">Luftfahrt</a> einnehmen.<sup id="cite_ref-65" class="reference"><a href="#cite_note-65"><span class="cite-bracket">[</span>65<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Integriertes_Konzept">Integriertes Konzept</h3></div>
<p>Neben Anlagen, die das Synthesegas in das Gasnetz einspeisen oder für Endnutzer im Verkehrswesen bereitstellen, existieren auch Konzepte für integrierte Power-to-Gas-Anlagen, die das Synthesegas in anlageneigenen <a href="Tank_(Beh%C3%A4lter)" title="Tank (Behälter)">Tanks</a> oder Kavernen zwischenspeichern und schlussendlich wieder elektrische Energie (und ggf. Wärme) in die Netze der öffentlichen Energieversorgung einspeisen. Diese Anlagen weisen häufig besondere Konzepte zur Abwärmenutzung auf und erreichen somit höhere Wirkungsgrade als netzeinspeisende Anlagen.
</p><p>Im Jahr 2015 wurde von Jensen u. a. eine Studie mit einem solchen Konzept in der Fachzeitschrift <a href="Energy_and_Environmental_Science" title="Energy and Environmental Science">Energy and Environmental Science</a> veröffentlicht. Anstelle von Elektrolyseuren, Methanisierungsanlagen und Gaskraftwerken zur Rückverstromung sollen <a href="Reversible_Brennstoffzelle" title="Reversible Brennstoffzelle">reversibel</a> arbeitende <a href="Festoxidbrennstoffzelle" title="Festoxidbrennstoffzelle">Festoxidbrennstoffzellen</a> zum Einsatz kommen, die beim Speicherprozess aus Wasser und Kohlenstoffdioxid ein Methan-Wasserstoffgemisch und beim Entladevorgang wieder die Ausgangsmaterialien herstellen. Durch die Arbeitsweise bei relativ niedriger Temperatur und hohem Druck kann die bei der stark endothermen Spaltung von Wasser und Kohlenstoffdioxid in Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Sauerstoff erforderliche Wärme genutzt werden, womit Wärme- und damit Effizienzverluste beim Speichervorgang stark vermindert werden. Gespeichert würden Methan und Kohlendioxid in zwei unterschiedlichen unterirdischen <a href="Kavernenspeicher" class="mw-redirect" title="Kavernenspeicher">Kavernenspeichern</a>, die auf eine Speicherkapazität von mehreren Monaten dimensioniert werden könnten.<sup id="cite_ref-Jensen_2015_3-1" class="reference"><a href="#cite_note-Jensen_2015-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Bei der Rückverstromung würde unterirdisch verpresstes Brenngas (ein Gemisch aus Methan und Wasserstoff) nach Entspannung, Erhitzung und Vermischung mit Wasser in die Brennstoffzelle geleitet, die aus dem Brenngas elektrische Energie und ein wasserdampf- und kohlenstoffdioxidreiches Abgas gewönne, wobei letzteres wieder gespeichert würde. Die heißen Abgase aus der Brennstoffzelle würden hierbei genutzt, um die Brenngase vor Eintritt in die Brennstoffzelle zu erhitzen. Diese thermische Integration der einzelnen Systembestandteile gilt als Schlüsselbedingung für den hohen <a href="Wirkungsgrad" title="Wirkungsgrad">Gesamtwirkungsgrad</a> der Anlage. Auf diese Weise lässt sich nach Angabe der Autoren ein gesamter Speicherwirkungsgrad von bis ca. 72 % bei vergleichsweise geringen Kosten erzielen. In Sachen Kapazität, Kosten und Wirkungsgrad sei die Technik in etwa vergleichbar mit Pumpspeicherkraftwerken, allerdings sei die Speicherbasis chemisch, womit dieser Speicher der bessere Langfristspeicher sei. Die Speicherkosten seien unter bestimmten Umstände vergleichbar mit Pumpspeicherkraftwerken und günstiger als Batteriespeicher, Druckluftspeicher und herkömmlicher Wasserstoffspeicher. Basis dieser Berechnung war ein Speicherkraftwerk mit 250 MW installierter Leistung der Brennstoffzellen und einer Speicherkapazität von 500 GWh (ca. 3 Monate). Die Lebensdauer der Gesamtanlage wurde mit 20 Jahren angesetzt, die der Brennstoffzellen mit 5 Jahren.<sup id="cite_ref-Jensen_2015_3-2" class="reference"><a href="#cite_note-Jensen_2015-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Eine 2018 in der Fachzeitschrift <a href="Energy_(Zeitschrift)" title="Energy (Zeitschrift)">Energy</a> online-first publizierte Studie, die dieses Konzept aufgriff und weiterentwickelte, kam zum Ergebnis, dass mit einem solchen integrierten Power-to-Gas-Konzept sogar Strom-zu-Strom-Wirkungsgrade bis etwa 80 % möglich sein könnten.<sup id="cite_ref-66" class="reference"><a href="#cite_note-66"><span class="cite-bracket">[</span>66<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Power-to-Chemicals">Power-to-Chemicals</h3></div>
<div class="hauptartikel" role="navigation"><span class="hauptartikel-pfeil" title="siehe" aria-hidden="true" role="presentation">→ </span><i><span class="hauptartikel-text">Hauptartikel</span>: <a href="Power-to-Chemicals" title="Power-to-Chemicals">Power-to-Chemicals</a></i></div>
<p>Neben der Einspeisung ins Gasnetz könnte Wasserstoff aus regenerativen Stromüberschüssen ebenfalls als Rohstoff für die (chemische) <a href="Industrie" title="Industrie">Industrie</a> dienen und dort benötigten Wasserstoff ersetzen, der derzeit noch aus fossilen Quellen gewonnen wird. Dies wird als „Power-to-Chemicals“ bezeichnet. Da die <a href="Chemieindustrie" class="mw-redirect" title="Chemieindustrie">Chemieindustrie</a> maßgeblich auf den fossilen Rohstoffen <a href="Erd%C3%B6l" title="Erdöl">Erdöl</a> und <a href="Erdgas" title="Erdgas">Erdgas</a> basiert, muss die Chemieindustrie mit der Verknappung dieser Rohstoffe langfristig ihre Rohstoffbasis auf regenerative Quellen umstellen. Power-to-Gas-Anlagen ermöglichen es, mittels erneuerbarem Überschussstroms synthetische Rohstoffe auf Basis von Wasser und Kohlendioxid zu gewinnen, aus denen wiederum komplexere Grundstoffe wie Methan, Methanol oder <a href="Polymer" title="Polymer">Polymere</a> hergestellt werden können.<sup id="cite_ref-67" class="reference"><a href="#cite_note-67"><span class="cite-bracket">[</span>67<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Indirekt handelt es sich bei Power-to-Chemicals ebenfalls um einen Speicherprozess, da auf diese Weise keine fossilen Energieträger mehr als Rohstofflieferanten benötigt werden, sondern potentiell für energetische Zwecke zur Verfügung stehen. Zudem können Power-to-Chemicals-Anlagen das Energiesystem wie auch andere Speicher flexibler gestalten, beispielsweise durch Bereitstellen von <a href="Regelleistung_(Stromnetz)" title="Regelleistung (Stromnetz)">Regelleistung</a> oder durch Einsatz im <a href="Lastmanagement" class="mw-redirect" title="Lastmanagement">Lastmanagement</a>.<sup id="cite_ref-68" class="reference"><a href="#cite_note-68"><span class="cite-bracket">[</span>68<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Als Abnehmer der Produkte kommt insbesondere die Chemieindustrie in Frage, jedoch haben auch weitere Industriebranchen einen teils hohen Bedarf für Wasserstoff oder andere Synthesegase. Beispielsweise könnten <a href="Erd%C3%B6lraffinerie" title="Erdölraffinerie">Erdölraffinerien</a>, die einen erheblichen Wasserstoffbedarf haben, mit Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen versorgt werden, womit der CO<sub>2</sub>-Ausstoß des <a href="Verkehr" title="Verkehr">Verkehrs</a> nennenswert gesenkt werden könnte.<sup id="cite_ref-69" class="reference"><a href="#cite_note-69"><span class="cite-bracket">[</span>69<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dieser Einsatz von Power-to-Gas-Anlagen hat gegenüber der Methanisierung mit anschließender Rückverstromung große Vorteile in Hinblick auf Kosten und Wirkungsgrad und sollte deswegen zunächst bevorzugt eingesetzt werden. So könnte bei Power-to-Gas-Anlagen zunächst auf den mit zusätzlichen Energieverlusten verbundenen Schritt der Methanisierung verzichtet werden, während zugleich die ebenfalls verlustbehaftete Erzeugung von Wasserstoff aus fossilem Erdgas entfiele. Zu früh auf die Methanisierung für die Rückverstromung zu setzen würde im Umkehrschluss bedeuten, unsinnigerweise mit Energieverlusten Methan aus vorhandenem Öko-Wasserstoff zu machen, während gleichzeitig und ebenfalls mit Energieverlusten fossiler Wasserstoff aus Erdgas hergestellt würde.<sup id="cite_ref-Ökoinstitut_Prüfung_52-1" class="reference"><a href="#cite_note-Ökoinstitut_Prüfung-52"><span class="cite-bracket">[</span>52<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Rolle_von_Power-to-Gas_im_Energiesystem">Rolle von Power-to-Gas im Energiesystem</h2></div>
<p>Im Zuge der <a href="Energiewende" title="Energiewende">Energiewende</a> werden immer mehr variable erneuerbare Energien errichtet, insbesondere <a href="Windkraftanlage" title="Windkraftanlage">Windkraft-</a> und <a href="Photovoltaik" title="Photovoltaik">Photovoltaikanlagen</a>. Dadurch, dass zugleich konventionelle <a href="Grundlast" title="Grundlast">Grundlastkraftwerke</a> wenig flexibel sind und nur bis zu einem gewissen Grad gedrosselt werden können, kann es während Zeiten hoher Einspeisung von Wind- und Solarenergie zu einem Überangebot von Strom kommen, speziell bei geringer Stromnachfrage. Dieser Effekt ist abhängig von der Flexibilität des konventionellen Kraftwerksparks. Er tritt umso stärker auf, je höher der Anteil von schlecht zu regelnden Grundlastkraftwerken (insbesondere <a href="Kernkraftwerk" title="Kernkraftwerk">Kernkraftwerke</a> und <a href="Kohlekraftwerk" title="Kohlekraftwerk">(Braun)kohlekraftwerke</a>) ist, während er hingegen bei einem flexiblen Kraftwerkspark, der vorwiegend aus gut zu regelnden <a href="Gaskraftwerk" title="Gaskraftwerk">Gaskraftwerken</a> besteht, erst später auftritt.
</p><p>Bei hohen Anteilen an Erneuerbaren Energien an der Stromversorgung kann deren Einspeisung zeitweise auch ohne Einspeisung fossiler Kraftwerke höher liegen als die Nachfrage, womit die Energie entweder genutzt, exportiert oder abgeregelt werden muss. Nutzungskonzepte, auch als <a href="Power-to-X" title="Power-to-X">Power-to-X</a> bezeichnet, umfassen z. B. die Verwandlung in Wärme mittels Power-to-Heat, die Nutzung im Mobilitätswesen, z. B. mittels <a href="Vehicle_to_Grid" title="Vehicle to Grid">Vehicle to Grid</a> oder die Speicherung in <a href="Speicherkraftwerk" title="Speicherkraftwerk">Speicherkraftwerken</a> wie <a href="Pumpspeicherkraftwerk" title="Pumpspeicherkraftwerk">Pumpspeichern</a>, <a href="Batterie-Speicherkraftwerk" title="Batterie-Speicherkraftwerk">Batteriespeichern</a> oder <a href="Druckluftspeicherkraftwerk" title="Druckluftspeicherkraftwerk">Druckluftspeicherkraftwerken</a>. Diese Speicher sind primär Kurzfristspeicher, für eine regenerative Vollversorgung wird jedoch ebenso ein Langfristspeicher benötigt, der eine saisonale Energiespeicherung möglich macht. Hierfür kommen praktisch nur chemische Speicher wie z. B. Power-to-Gas in Frage. Gleichzeitig kann die Integration von Power-to-Gas-Anlagen in die elektrischen Energieversorgungssysteme wie herkömmliche Speicher zur Sicherung der <a href="Netzstabilit%C3%A4t" class="mw-redirect" title="Netzstabilität">Netzstabilität</a> eingesetzt werden, indem sie als regelbare Last eingesetzt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Strom aus erneuerbaren Energien im Allgemeinen und Stromüberschüsse im Besonderen auf absehbare Zukunft zunächst mengenmäßig begrenzt bleiben werden. Daher ist es zweckmäßig, Ökostrom vor allem für diejenigen Prozesse einzusetzen, wo er den größten Umweltnutzen entfalten kann.<sup id="cite_ref-70" class="reference"><a href="#cite_note-70"><span class="cite-bracket">[</span>70<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Energiewirtschaftliche Analysen ergaben, dass das vor allem bei der Nutzung von Überschussstrom für <a href="W%C3%A4rmepumpenheizung" title="Wärmepumpenheizung">Wärmepumpen</a> und <a href="Elektroauto" title="Elektroauto">Elektroautos</a> durch <a href="Sektorenkopplung" title="Sektorenkopplung">Sektorenkopplung</a> der Fall ist. Diese Technologien sollten früher zum Einsatz kommen als die Erzeugung von Brenngasen mittels Power-to-Gas-Technologie.<sup id="cite_ref-71" class="reference"><a href="#cite_note-71"><span class="cite-bracket">[</span>71<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-72" class="reference"><a href="#cite_note-72"><span class="cite-bracket">[</span>72<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>In der Fachliteratur wird davon ausgegangen, dass ab einem Erneuerbare-Energien-Anteil von etwa 40 % in größerem Maße zusätzliche Speicher benötigt werden, vereinzelt wird auch die Zahl 70 % genannt.<sup id="cite_ref-73" class="reference"><a href="#cite_note-73"><span class="cite-bracket">[</span>73<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Unterhalb eines Anteils von 40 % Erneuerbarer Energien gelten eine Ausregelung durch <a href="W%C3%A4rmekraftwerk" title="Wärmekraftwerk">Wärmekraftwerke</a> sowie eine geringfügige Abregelung von Erzeugungsspitzen der Erneuerbaren Energien (erwartet werden etwa 260 GWh pro Jahr bzw. 1 Promille der bei einem 40-%-Anteil prognostizierten Ökostromerzeugung) als volkswirtschaftlich effizienter. Die Speicher würden in diesem Fall größtenteils zur besseren Auslastung von in <a href="Grundlast" title="Grundlast">Grundlast</a> betriebenen Braunkohlekraftwerken zulasten von weniger emissionsintensiven Kraftwerken eingesetzt; zugleich würden die Kosten für den Neubau der Speicher den Nutzen durch eine gleichmäßigere Kraftwerksfahrweise deutlich übersteigen. Daher werden zusätzliche Speicher in Deutschland frühestens ab dem Jahr 2020 für notwendig gehalten.<sup id="cite_ref-74" class="reference"><a href="#cite_note-74"><span class="cite-bracket">[</span>74<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Auch bei Anteilen Erneuerbarer Energien von bis ca. 70 % am Jahresstrombedarf bleibt der Speicherbedarf zunächst moderat, sodass Power-to-Gas in absehbarer Zeit noch nicht benötigt wird, sondern zur Marktreife gebracht werden kann.<sup id="cite_ref-75" class="reference"><a href="#cite_note-75"><span class="cite-bracket">[</span>75<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Ein Bedarf für saisonale Speicherung tritt erst auf, wenn der Anteil der erneuerbaren Stromerzeugung 60<sup id="cite_ref-Henning_Tagesfragen_8-2" class="reference"><a href="#cite_note-Henning_Tagesfragen-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> bis 80<sup id="cite_ref-Weitemeyer_9-1" class="reference"><a href="#cite_note-Weitemeyer-9"><span class="cite-bracket">[</span>9<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> % erreicht. Dann sollten mit Power-to-Gas zunächst synthetische Brennstoffe produziert werden, die möglichst nur im <a href="Verkehrswesen" title="Verkehrswesen">Verkehrswesen</a> eingesetzt würden; erst bei noch höheren Anteilen wäre eine Rückverstromung und damit ein Einsatz im Strom- und Wärmesektor (durch <a href="Kraft-W%C3%A4rme-Kopplung" title="Kraft-Wärme-Kopplung">Kraft-Wärme-Kopplung</a>) notwendig.<sup id="cite_ref-Henning_Tagesfragen_8-3" class="reference"><a href="#cite_note-Henning_Tagesfragen-8"><span class="cite-bracket">[</span>8<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Grundsätzlich gilt, dass die gleichzeitige Erzeugung von synthetischem Methan mittels Power-to-Gas-Technologie eine Energieverschwendung darstellt, solange Erdgas in großem Umfang zur Bereitstellung von Prozesswärme und Warmwassererzeugung genutzt wird. Dies liegt darin begründet, dass Strom zu Heizzwecken eine Effizienz von nahezu 100 % aufweist und somit mehr Erdgas durch direkte Heizung mit Strom eingespart werden als EE-Gas mit der gleichen Strommenge erzeugt werden kann.<sup id="cite_ref-76" class="reference"><a href="#cite_note-76"><span class="cite-bracket">[</span>76<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-77" class="reference"><a href="#cite_note-77"><span class="cite-bracket">[</span>77<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Daher sollten bei der Einbindung von Stromüberschüssen zunächst energieeffizientere Technologien wie <a href="Power-to-Heat" title="Power-to-Heat">Power-to-Heat</a> zum Einsatz kommen und erst später die deutlich verluststärkere Power-to-Gas-Technologie genutzt werden. Da Power-to-Gas auch kostenintensiver ist als die genannten Alternativen, wird diese Nutzungsreihenfolge auch aus wirtschaftlichen Gründen empfohlen.<sup id="cite_ref-78" class="reference"><a href="#cite_note-78"><span class="cite-bracket">[</span>78<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Durch den überschaubaren Wirkungsgrad, der wiederum zu einem erheblichen Mehrbedarf an Windkraft- und Photovoltaikanlagen führt, sollte ein zukünftiges Energiesystem so ausgelegt sein, dass insgesamt nur ein geringer Langfristspeicherbedarf besteht.<sup id="cite_ref-79" class="reference"><a href="#cite_note-79"><span class="cite-bracket">[</span>79<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Die Nutzung von Power-to-Gas ist nur energetisch sinnvoll und emissionseinsparend, wenn Ökostrom genutzt wird. Wird hingegen Strom aus fossilen Energien eingesetzt, vervielfachen sich die Emissionen. Kommt beispielsweise Strom aus einem Braunkohlekraftwerk zum Einsatz, das Emissionen von 1161 g CO<sub>2-äq.</sub>/kWh aufweist, ergäben sich bei je 60 % Wirkungsgrad für Speicherprozess und Rückverstromung im <a href="Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk" title="Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk">GuD-Kraftwerk</a> Gesamt-Emissionen von 3225 g CO<sub>2-äq.</sub>/kWh, etwa das Achtfache von Strom aus einem fossil befeuerten Erdgaskraftwerk.<sup id="cite_ref-80" class="reference"><a href="#cite_note-80"><span class="cite-bracket">[</span>80<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Unter gewissen Umständen lassen sich jedoch <a href="Negative_Emissionstechnologien" class="mw-redirect" title="Negative Emissionstechnologien">Negative Emissionen</a> erzielen, mit denen der Kohlendioxidanteil der Erdatmosphäre aktiv reduziert werden kann. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Kohlenstoffdioxid für die Methanisierung aus der Luft gewonnen wird und das synthetisierte Methan später in einem Kraftwerk mit <a href="CO2-Abscheidung_und_-Speicherung" title="CO2-Abscheidung und -Speicherung">CO<sub>2</sub>-Abscheidung und -Speicherung</a> verbrannt wird.<sup id="cite_ref-81" class="reference"><a href="#cite_note-81"><span class="cite-bracket">[</span>81<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Der <a href="Sachverst%C3%A4ndigenrat_f%C3%BCr_Umweltfragen" title="Sachverständigenrat für Umweltfragen">Sachverständigenrat für Umweltfragen</a> (SRU) kam in einer 2021 publizierten Stellungnahme zur Rolle von Wasserstoff im Klimaschutz zum Ergebnis, dass Wasserstoff ein wichtiger Baustein hinsichtlich Treibhausgasneutralität sein könne, dies aber nur unter der Voraussetzung, dass er „umweltfreundlich und nachhaltig“ produziert und „sparsam genutzt“ werde. In der Publikation wird darauf verwiesen, dass die Produktion von <a href="Gr%C3%BCner_Wasserstoff" title="Grüner Wasserstoff">grünem Wasserstoff</a> große Mengen an Ökostrom und damit indirekt Flächen, Rohstoffe und Wasser erfordert, weshalb er nur dort eingesetzt werden sollte, wo keine effizienteren Alternativen zur Verfügung stehen. Umso mehr gelte diese Aussage noch für aus Wasserstoff hergestellte <a href="Power-to-X" title="Power-to-X">Power-to-X</a>-Folgeprodukte, bei denen weitere Umwandlungsverluste anfallen. Eine wichtige Rolle spielten Wasserstoff und daraus hergestellte Folgeprodukte in der chemischen Industrie, der Stahlindustrie sowie dem internationale Schiffs- und Flugverkehr, während im Schwerlastverkehr die Frage noch offen sei, ob sich Wasserstoff, batterieelektrische Konzepte oder Oberleitungs-LKWs durchsetzten. Im Stromsystem sowie <a href="Fernw%C3%A4rme" title="Fernwärme">Fern-</a> und <a href="Nahw%C3%A4rme" title="Nahwärme">Nahwärmenetzen</a> sollte Wasserstoff gemäß SRU nur eine ergänzende Rolle spielen, während sein Einsatz in Gebäudeheizungen und PKWs ineffizient und bei weitem teuer sei als der Einsatz von alternativen Technologien wie Wärmepumpenheizungen und E-Autos. Um <a href="Pfadabh%C3%A4ngigkeit" title="Pfadabhängigkeit">Pfadabhängigkeiten</a> und Fehlanreize im Hinblick auf fossile Energien zu vermeiden, sollte die Förderung von Wasserstofftechnologien daher auf Sektoren beschränkt werden, in denen langfristig die Wasserstoffnutzung unverzichtbar sei.<sup id="cite_ref-82" class="reference"><a href="#cite_note-82"><span class="cite-bracket">[</span>82<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Situation_in_Deutschland">Situation in Deutschland</h2></div>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Speicherkapazität_im_deutschen_Erdgasnetz"><span id="Speicherkapazit.C3.A4t_im_deutschen_Erdgasnetz"></span>Speicherkapazität im deutschen Erdgasnetz</h3></div>
<p>Eine große Bedeutung bei der Nutzung von EE-Gas wird der Möglichkeit der Speicherung des Wasserstoff- bzw. Methangases in einem bereits vorhandenen Erdgasnetz zugerechnet.
</p><p>Laut <a href="Fraunhofer-Institut_f%C3%BCr_Windenergie_und_Energiesystemtechnik" class="mw-redirect" title="Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik">Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik</a> (IWES) benötigt Deutschland im Jahr 2050 – wenn laut Bundesregierung 80 % des <a href="Elektrischer_Strom" title="Elektrischer Strom">elektrischen Stroms</a> aus erneuerbaren Quellen stammen sollen – zum Ausgleich saisonaler Schwankungen bei Wind und Sonne Speicherkapazitäten von 30 <a href="Terawattstunden" class="mw-redirect" title="Terawattstunden">Terawattstunden</a> (TWh).<sup id="cite_ref-Manager_18-2" class="reference"><a href="#cite_note-Manager-18"><span class="cite-bracket">[</span>18<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Demgegenüber wurde die Speicherkapazität der <a href="Erdgasspeicher" title="Erdgasspeicher">Erdgasspeicher</a> im deutschen Erdgasnetz im April 2010 vom Fraunhofer-IWES mit über 200 TWh angegeben, was einem Verbrauch von mehreren Monaten entspricht.<sup id="cite_ref-Fraunhofer_83-0" class="reference"><a href="#cite_note-Fraunhofer-83"><span class="cite-bracket">[</span>83<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Inklusive der 2013 in Planung befindlichen Kavernen- und Porenspeicher liegt die Speicherkapazität des deutschen Erdgasnetzes bei ca. 332 TWh. Bei der Speicherung von Teil zugemischtem Wasserstoff oder reinem Wasserstoff in unterirdischen Gasspeichern sind jedoch die speziellen Eigenschaften des Wasserstoff zu berücksichtigen, welche je nach Anteil zum einen die Eignung der geologischen Formation des Speichers betrifft und zum anderen umfangreiche und kostenintensive Modifikationen oder Austausch an den Unter- und Obertageanlagen erfordert.<sup id="cite_ref-84" class="reference"><a href="#cite_note-84"><span class="cite-bracket">[</span>84<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Der Erdgasverbrauch lag 2011 bei 760 TWh, könnte aber durch mehr Power-to-Gas-Anlagen weiter ansteigen. Dennoch wäre das Erdgasnetz inklusive der geplanten Speicher ausreichend dimensioniert für eine sichere Vollversorgung auf Basis erneuerbarer Energien.<sup id="cite_ref-85" class="reference"><a href="#cite_note-85"><span class="cite-bracket">[</span>85<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Die deutschen <a href="Pumpspeicherkraftwerk" title="Pumpspeicherkraftwerk">Pumpspeicherkraftwerke</a> haben eine Kapazität von <a href="Pumpspeicherkraftwerk#Deutschland" title="Pumpspeicherkraftwerk">0,04 TWh</a> und sind als Kurzfristspeicher für eine Nutzungsdauer im Stunden- bis Tagesbereich ausgelegt.<sup id="cite_ref-86" class="reference"><a href="#cite_note-86"><span class="cite-bracket">[</span>86<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Zwar haben Pumpspeicherwerke einen deutlich höheren Wirkungsgrad (zwischen 70 % und 85 %), die Wirtschaftlichkeit wird aber auch durch die erheblichen Investitionskosten und den <a href="Fl%C3%A4chenverbrauch" title="Flächenverbrauch">Flächenverbrauch</a> bestimmt. Die installierte Leistung wird ausgebaut, kann aber in Deutschland aufgrund topographischer wie auch politischer Gründe nicht in die Größenordnung der Speicherfähigkeit des Erdgasnetzes kommen. Großes Potential für Speicherkapazitäten existiert dagegen in Nordeuropa. In Norwegen gibt es beispielsweise für <a href="Speicherkraftwerk_(Wasser)" class="mw-redirect" title="Speicherkraftwerk (Wasser)">Speicherkraftwerke</a> nutzbare Reservoire mit einer potentiellen Speicherkapazität von insgesamt etwa 84 TWh, in Schweden von etwa 34 TWh.<sup id="cite_ref-87" class="reference"><a href="#cite_note-87"><span class="cite-bracket">[</span>87<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Diese Speicherkapazität liegt in einer ähnlichen Größe wie die Speicherkapazität des deutschen Gasnetzes.
</p><p>Eine Übersicht der Power-to-Gas-Anlagen in Deutschland gibt die interaktive Karte auf der Seite der Strategieplattform Power-to-Gas der <a href="Deutsche_Energie-Agentur" title="Deutsche Energie-Agentur">Deutschen Energie-Agentur</a>.<sup id="cite_ref-88" class="reference"><a href="#cite_note-88"><span class="cite-bracket">[</span>88<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Rechtliche_Voraussetzungen">Rechtliche Voraussetzungen</h3></div>
<p>Sofern Power-to-Gas-Anlagen mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben werden, fällt EE-Gas unter die Definition von „Speichergas“ gemäß <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.buzer.de/s1.htm?g=EEG+2014&a=5">§ 5 Nr. 29 EEG 2014</a><span style="display:none"></span></span> (<a href="Erneuerbare-Energien-Gesetz" title="Erneuerbare-Energien-Gesetz">Erneuerbare-Energien-Gesetz</a>) und „Biogas“ gemäß <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.gesetze-im-internet.de/enwg_2005/__3.html">§ 3 Nr. 10c EnWG</a></span> (<a href="Energiewirtschaftsgesetz" title="Energiewirtschaftsgesetz">Energiewirtschaftsgesetz</a>).<sup id="cite_ref-89" class="reference"><a href="#cite_note-89"><span class="cite-bracket">[</span>89<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Für Speichergas aus erneuerbarer Energie wird somit, wenn es anschließend wieder in elektrische Energie umgewandelt wird, eine Einspeisevergütung gemäß <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.buzer.de/s1.htm?g=EEG+2014&a=38">§ 5 Nr. 29 EEG 2014</a><span style="display:none"></span></span> gezahlt. Die Vergütung gilt nur für Kleinanlagen (< 100 kW ab 1. Januar 2016, vorher < 500 kW). Für größere Anlagen erfolgt die Förderung über eine <a href="Direktvermarktung_erneuerbarer_Energien" title="Direktvermarktung erneuerbarer Energien">Marktprämie</a> gemäß <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.buzer.de/s1.htm?g=EEG+2014&a=38">§ 5 Nr. 29 EEG 2014</a><span style="display:none"></span></span>. Dies stellt aber keine besondere Förderung dar, da bei dem Umweg über die Speicherung zusätzliche Kosten entstehen, aber kein zusätzlicher Gewinn im Vergleich zur direkten Einspeisung des Stroms,<sup id="cite_ref-90" class="reference"><a href="#cite_note-90"><span class="cite-bracket">[</span>90<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> abgesehen von der Befreiung von bestimmten Gebühren.<sup id="cite_ref-91" class="reference"><a href="#cite_note-91"><span class="cite-bracket">[</span>91<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Liste_der_Anlagen_in_Deutschland">Liste der Anlagen in Deutschland</h3></div>
<table class="wikitable sortable">
<tbody><tr>
<th>Ort</th>
<th>Inbetriebnahme</th>
<th>Leistung (kW)</th>
<th>Betreiber</th>
<th class="unsortable">Bemerkung
</th></tr>
<tr>
<td><a href="Stuttgart" title="Stuttgart">Stuttgart</a>
</td>
<td style="text-align:right">2009
</td>
<td style="text-align:right">25
</td>
<td>IWES / ETOGAS
</td>
<td>Die weltweit erste Pilotanlage mit einer Leistung von 25 kW zur Produktion von Methan nach dem Power-to-Gas-Verfahren wurde im November 2009 in Stuttgart am <a href="Zentrum_f%C3%BCr_Sonnenenergie-_und_Wasserstoff-Forschung_Baden-W%C3%BCrttemberg" title="Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg">Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg</a> (ZSW) unter Beteiligung des <a href="Fraunhofer-Institut_f%C3%BCr_Windenergie_und_Energiesystemtechnik" class="mw-redirect" title="Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik">Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik</a> (IWES) und des Unternehmens SolarFuel (heute ETOGAS GmbH) in Betrieb genommen.<sup id="cite_ref-92" class="reference"><a href="#cite_note-92"><span class="cite-bracket">[</span>92<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Mit der Anlage wurde die grundsätzliche Machbarkeit des Verfahrens nachgewiesen; das CO<sub>2</sub> wurde der Umgebungsluft entnommen. Die technische Grundlagenentwicklung wurde von den Forschungsinstituten ZSW (Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung, Stuttgart) und Fraunhofer IWES (Kassel) durchgeführt.<sup id="cite_ref-Fraunhofer_83-1" class="reference"><a href="#cite_note-Fraunhofer-83"><span class="cite-bracket">[</span>83<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Wirkungsgrad der Gasherstellung liegt bei etwa 40 %.<sup id="cite_ref-Quaschning_Klimaschutz_329_93-0" class="reference"><a href="#cite_note-Quaschning_Klimaschutz_329-93"><span class="cite-bracket">[</span>93<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Morbach" title="Morbach">Morbach</a>
</td>
<td style="text-align:right">2011
</td>
<td style="text-align:right">25
</td>
<td>juwi / ETOGAS
</td>
<td>Im März 2011 wurde die 25-kW-Power-to-Gas-Anlage von juwi und SolarFuel (heute ETOGAS) in der <a href="Energielandschaft_Morbach" title="Energielandschaft Morbach">Energielandschaft Morbach</a> im Hunsrück installiert und dort für einige Wochen getestet.<sup id="cite_ref-94" class="reference"><a href="#cite_note-94"><span class="cite-bracket">[</span>94<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dieser Test kombinierte eine Windgasanlage, einen Windpark und eine Biogasanlage.<sup id="cite_ref-95" class="reference"><a href="#cite_note-95"><span class="cite-bracket">[</span>95<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Bad_Hersfeld" title="Bad Hersfeld">Bad Hersfeld</a>
</td>
<td style="text-align:right">2012
</td>
<td style="text-align:right">25
</td>
<td>IWES / ETOGAS
</td>
<td>Im Jahr 2012 wurde die 25-kW-Power-to-Gas-Anlage für mehrere Monate an einer Biogasanlage am Standort des Hessischen Biogas-Forschungszentrums betrieben. In dem Pilotversuch, den das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) und das Unternehmen SolarFuel (heute ETOGAS) gemeinsam mit den Ländern Hessen und Thüringen durchführten, wurde die direkte Umwandlung des im Biogas enthaltenen Kohlendioxids in Methan demonstriert.<sup id="cite_ref-96" class="reference"><a href="#cite_note-96"><span class="cite-bracket">[</span>96<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Stuttgart" title="Stuttgart">Stuttgart</a>
</td>
<td style="text-align:right">2012
</td>
<td style="text-align:right">250
</td>
<td>ZSW, IEWS, ETOGAS
</td>
<td>Im Oktober 2012 ging am ZSW in Stuttgart eine mit 250 kW Leistung zehnmal so große – zum Zeitpunkt die weltgrößte Power-to-Gas-Anlage – in Betrieb.<sup id="cite_ref-97" class="reference"><a href="#cite_note-97"><span class="cite-bracket">[</span>97<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die Anlage wurde im Rahmen eines vom BMU geförderten Projektes mit den Projektpartnern ZSW, IWES und SolarFuel (heute ETOGAS) im Technikum des ZSW als PtG-Versuchsanlage mit Elektrolyse (250 kW elektrische Anschlussleistung) und mehreren Methanisierungsvarianten aufgebaut.
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Prenzlau" title="Prenzlau">Prenzlau</a>
</td>
<td style="text-align:right">2012
</td>
<td style="text-align:right">500
</td>
<td>Enertrag
</td>
<td>
<div class="hauptartikel" role="navigation"><span class="hauptartikel-pfeil" title="siehe" aria-hidden="true" role="presentation">→ </span><i><span class="hauptartikel-text">Hauptartikel</span>: <a href="Kraftwerk_Prenzlau" class="mw-redirect" title="Kraftwerk Prenzlau">Kraftwerk Prenzlau</a></i></div>
<p>Das Unternehmen <a href="Enertrag" title="Enertrag">Enertrag</a> betreibt eine Pilotanlage, ein im März 2012 in den Normalbetrieb gegangenes <a href="Hybridkraftwerk" title="Hybridkraftwerk">Hybridkraftwerk</a> in der Uckermark nördlich von Prenzlau (Brandenburg), das Wasserstoff als Zwischenspeicher nutzt. Gespeist wird die Anlage, die im Oktober 2011 erstmals in Betrieb ging, von insgesamt drei Windturbinen mit je zwei Megawatt. Die Leistung des Elektrolyseurs beträgt 500 kW bei etwa 75 % Wirkungsgrad.<sup id="cite_ref-Starkwind_98-0" class="reference"><a href="#cite_note-Starkwind-98"><span class="cite-bracket">[</span>98<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
Der Energieversorger <a href="Green_Planet_Energy" title="Green Planet Energy">Green Planet Energy</a> bot seit dem 1. Oktober 2011 einen Windgas-Fördertarif an, der bei Lieferung von konventionellem Erdgas einen Förderbeitrag von 0,4 Euro-Cent pro Kilowattstunde für 5 Windgasanlagen enthält und von (2018) über 19.000 Kunden subventioniert wird. Da Green Planet Energy über keinen Elektrolyseur verfügt, unterzeichnete das Unternehmen im Januar 2012 einen Abnahmevertrag zum Bezug von Wasserstoff von der Firma Enertrag.<sup id="cite_ref-99" class="reference"><a href="#cite_note-99"><span class="cite-bracket">[</span>99<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Nach anfänglichen Vertragsproblemen und Anlaufschwierigkeiten begann am 12. Dezember 2014 die Einspeisung von „Windgas“ in das Gasnetz durch die Enertrag-Pilotanlage in der <a href="Uckermark" title="Uckermark">Uckermark</a>.<sup id="cite_ref-100" class="reference"><a href="#cite_note-100"><span class="cite-bracket">[</span>100<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
Planungen zur Errichtung einer eigenen Planet Green Energy Anlage zur Erzeugung von Windgas wurden vom Aufsichtsrat Ende 2012 zunächst einstimmig abgelehnt.<sup id="cite_ref-101" class="reference"><a href="#cite_note-101"><span class="cite-bracket">[</span>101<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Hintergrund seien die gegenwärtige Vollvergütung bzw. die EEG-Entschädigungszahlungen auch für nicht einspeisefähigen Wind-Spitzenlaststrom, was zumindest aus ökonomischer Sicht für Energieerzeuger keine Windgas-Anlagen zwingend nötig macht und dem Windgas-Konzept entgegen laufe. Doch plant Green Planet Energy für 2015 den Bau einer eigenen <a href="Elektrolyseur" title="Elektrolyseur">Elektrolyseanlage</a>.<sup id="cite_ref-Energy.aktuell_27_102-0" class="reference"><a href="#cite_note-Energy.aktuell_27-102"><span class="cite-bracket">[</span>102<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
Die Anlage ist auch Lieferant einer Wind-<a href="Wasserstofftankstelle" title="Wasserstofftankstelle">Wasserstofftankstelle</a> der <a href="TotalEnergies" title="TotalEnergies">Total Deutschland GmbH</a> in der Heidestraße in Berlin-Mitte, die am 18. April 2012 im Rahmen des Wasserstoffprojekts <a href="Clean_Energy_Partnership" title="Clean Energy Partnership">Clean Energy Partnership</a> (CEP) in Betrieb genommen wurde<sup id="cite_ref-103" class="reference"><a href="#cite_note-103"><span class="cite-bracket">[</span>103<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und auf 38 Betankungen pro Tag ausgelegt ist.<sup id="cite_ref-104" class="reference"><a href="#cite_note-104"><span class="cite-bracket">[</span>104<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Werlte" title="Werlte">Werlte</a>
</td>
<td style="text-align:right">2013
</td>
<td style="text-align:right">6000
</td>
<td>Audi / ETOGAS
</td>
<td>Im Auftrag der <a href="Audi_AG" title="Audi AG">Audi AG</a> errichtete die ETOGAS GmbH in <a href="Werlte" title="Werlte">Werlte</a> neben einer bestehenden Biogasanlage eine industrielle Pilotanlage zur Umwandlung von Ökostromüberschüssen in erneuerbares Erdgas, von Audi „e-gas“ genannt. Hierbei wird zur Methanisierung neben dem aus regenerativen Quellen gewonnenen Wasserstoff auch regeneratives CO<sub>2</sub> aus einer von MT-Biomethan gelieferten Biogasaufbereitungsanlage eingesetzt. Die Anlage mit einer elektrischen Anschlussleistung von 6 MW wird 1,4 Millionen Normkubikmeter in Erdgas-Normqualität pro Jahr produzieren.<sup id="cite_ref-105" class="reference"><a href="#cite_note-105"><span class="cite-bracket">[</span>105<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die Anlage wurde am 25. Juni 2013 eingeweiht<sup id="cite_ref-106" class="reference"><a href="#cite_note-106"><span class="cite-bracket">[</span>106<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und hat im Herbst 2013 ihren Probebetrieb abgeschlossen. Im Rahmen des e-Gas-Projekts von Audi produziert die Anlage erneuerbaren Kraftstoff für das erste CNG-Modell der Marke Audi, den Audi A3 Sportback g-tron.<sup id="cite_ref-107" class="reference"><a href="#cite_note-107"><span class="cite-bracket">[</span>107<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Wirkungsgrad der Gasherstellung beträgt 54 %.<sup id="cite_ref-Quaschning_Klimaschutz_329_93-1" class="reference"><a href="#cite_note-Quaschning_Klimaschutz_329-93"><span class="cite-bracket">[</span>93<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Schwandorf" title="Schwandorf">Schwandorf</a>
</td>
<td style="text-align:right">2013
</td>
<td style="text-align:right">208
</td>
<td>MicrobEnergy
</td>
<td>In Schwandorf/Oberpfalz hat das zur <a href="Viessmann" title="Viessmann">Viessmann</a> Group gehörende Unternehmen MicrobEnergy GmbH im Februar 2013 eine Forschungsanlage in Betrieb genommen, bei der ein mikrobiologisches Verfahren zur Methanisierung des Wasserstoffs zum Einsatz kommt. Aus den im Elektrolyseur erzeugten 21,3 m³ Wasserstoff pro Stunde entstehen durchschnittlich 5,3 m³/h Methan.
<p>Eine zweite MicrobEnergy-Anlage befindet sich seit Juli 2013 in Bau. Am Standort der Verbandskläranlage Schwandorf-Wackersdorf erzeugt ein Elektrolyseur 30 m³/h Wasserstoff, die in einem 1300 Kubikmeter fassenden Faulturm mikrobiologisch in 7,5 m³/h Methan umgewandelt werden. Projektpartner ist neben dem Zweckverband Verbandskläranlage Schwandorf die Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) der Technischen Hochschule Regensburg.<sup id="cite_ref-108" class="reference"><a href="#cite_note-108"><span class="cite-bracket">[</span>108<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Allendorf_(Eder)" title="Allendorf (Eder)">Allendorf (Eder)</a>
</td>
<td style="text-align:right">2015
</td>
<td style="text-align:right">300
</td>
<td>MicrobEnergy /
<p>Carbotech /
Viessmann
</p>
</td>
<td>
<p>Die Anlage wurde von Schwandorf an den Standort Allendorf (Eder) verlegt. Dort wird seit Anfang März 2015 Strom in Methan umgewandelt und in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist. Das benötigte CO<sub>2</sub> stammt aus dem Abgasstrom einer nahegelegenen Biomethananlage mit Gasaufbereitung oder es wird direkt Rohbiogas aus dieser Anlage mit etwa 50 % CO<sub>2</sub>-Gehalt zur <a href="Biologische_Methanisierung" title="Biologische Methanisierung">biologischen Methanisierung</a> genutzt. In diesem Fall dient das Power-to-Gas-Verfahren zusätzlich als Aufbereitungstechnologie für Rohbiogas aus Biogas- oder Kläranlagen. Im Rahmen einer Kooperation wird das Speichergas aus der Power-to-Gas-Anlage an Audi vermarktet.<sup id="cite_ref-109" class="reference"><a href="#cite_note-109"><span class="cite-bracket">[</span>109<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Falkenhagen_(Pritzwalk)" title="Falkenhagen (Pritzwalk)">Falkenhagen</a>
</td>
<td style="text-align:right">2013
</td>
<td style="text-align:right">2000
</td>
<td>Uniper
</td>
<td>In <a href="Falkenhagen_(Pritzwalk)" title="Falkenhagen (Pritzwalk)">Falkenhagen</a> in der brandenburgischen Prignitz hat der Energiekonzern <a href="E.ON" title="E.ON">E.ON</a> im Juni 2013 erstmals im Testlauf einer Pilotanlage aus Windkraft erzeugten Wasserstoff ins Erdgasnetz eingespeist. Insgesamt wurden in dem eine Stunde dauernden Test rund 160 Kubikmeter Wasserstoff erzeugt und eingespeist. Damit hat E.ON die gesamte Prozesskette von der Stromaufnahme bis hin zur Einspeisung des Wasserstoffs zum ersten Mal mit Erfolg praktisch umgesetzt.
<p>Ende August 2013 wurde die Pilotanlage in Betrieb genommen. Laut <a href="Uniper" title="Uniper">Uniper</a> produziert die Anlage mittels <a href="Alkalischer_Elektrolyseur" class="mw-redirect" title="Alkalischer Elektrolyseur">Alkali-Elektrolyse</a> rund 360 Normkubikmeter Wasserstoff pro Stunde.
Im Mai 2018 wurde die Anlage um eine Methanisierungsanlage erweitert.<sup id="cite_ref-110" class="reference"><a href="#cite_note-110"><span class="cite-bracket">[</span>110<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-111" class="reference"><a href="#cite_note-111"><span class="cite-bracket">[</span>111<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Werder_(bei_Altentreptow)" title="Werder (bei Altentreptow)">Werder</a>
</td>
<td style="text-align:right">2013
</td>
<td style="text-align:right">1000
</td>
<td>Wind-projekt
</td>
<td>
<div class="hauptartikel" role="navigation"><span class="hauptartikel-pfeil" title="siehe" aria-hidden="true" role="presentation">→ </span><i><span class="hauptartikel-text">Hauptartikel</span>: <a href="Windpark_Werder/Kessin#Elektrolyse-Speicherkraftwerk" title="Windpark Werder/Kessin">„Elektrolyse-Speicherkraftwerk“ im Artikel Windpark Werder/Kessin</a></i></div>
<p>WIND-projekt errichtete im <a href="Windpark_Werder/Kessin" title="Windpark Werder/Kessin">Windpark Werder/Kessin</a> eine Elektrolyse-Anlage mit 1000 kW Leistung, die 2012 in den Testbetrieb ging.
</p>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Frankfurt_am_Main" title="Frankfurt am Main">Frankfurt am Main</a>
</td>
<td style="text-align:right">2014
</td>
<td style="text-align:right">320
</td>
<td>Thüga
</td>
<td>Am Standort Frankfurt am Main betrieb die <a href="Th%C3%BCga" title="Thüga">Thüga</a>-Gruppe von 2014 bis 2017 die erste Power-to-Gas-Demonstrationsanlagen der Welt, die Strom in Wasserstoff umgewandelt und in das kommunale Gasverteilnetz eingespeist hat.<sup id="cite_ref-112" class="reference"><a href="#cite_note-112"><span class="cite-bracket">[</span>112<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Über eine Protonen-Austausch-Membran (PEM) wurden pro Stunde 60 m³ Wasserstoff erzeugt.<sup id="cite_ref-113" class="reference"><a href="#cite_note-113"><span class="cite-bracket">[</span>113<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Mainz" title="Mainz">Mainz</a>
</td>
<td style="text-align:right">2015
</td>
<td style="text-align:right">3 × 1300
</td>
<td>Mainzer Stadtwerke
</td>
<td>Im Energiepark Mainz wurde im Juli 2015 ein Elektrolyseur mit einer Leistung von 6 MW in Betrieb genommen, als die bis dato weltgrößte Power-to-Gas-Anlage. Die Anlage besteht aus drei Elektrolyseeinheiten vom Typ Silyzer 200 in PEM-Technologie mit jeweils 1,3 MW im Dauerbetrieb, zeitlich begrenzt bis zu 2 MW je Elektrolyseur. Der produzierte Wasserstoff wird teilweise in das Gasnetz eingespeist<sup id="cite_ref-114" class="reference"><a href="#cite_note-114"><span class="cite-bracket">[</span>114<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und teilweise an <a href="Wasserstofftankstelle" title="Wasserstofftankstelle">Wasserstofftankstellen</a> ausgeliefert.<sup id="cite_ref-115" class="reference"><a href="#cite_note-115"><span class="cite-bracket">[</span>115<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
<p>Das Forschungsprojekt wurde unter anderem vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Beteiligt waren die <a href="Hochschule_RheinMain" title="Hochschule RheinMain">Hochschule RheinMain</a> sowie die Unternehmen <a href="Siemens" title="Siemens">Siemens</a>, <a href="Linde_AG" class="mw-redirect" title="Linde AG">Linde</a> und die <a href="Mainzer_Stadtwerke" title="Mainzer Stadtwerke">Mainzer Stadtwerke</a>.<sup id="cite_ref-116" class="reference"><a href="#cite_note-116"><span class="cite-bracket">[</span>116<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-117" class="reference"><a href="#cite_note-117"><span class="cite-bracket">[</span>117<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Nach dem Abschluss der Forschungsphase schloss sich ab Mitte 2017 der Probebetrieb und dann der Regelbetrieb an.
</p>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Ibbenb%C3%BCren" title="Ibbenbüren">Ibbenbüren</a>
</td>
<td style="text-align:right">2015
</td>
<td style="text-align:right">150
</td>
<td>RWE
</td>
<td>Der Energiekonzern RWE hat im August 2015 mit der Einspeisung von mittels Windstrom erzeugtem Wasserstoff in das regionale Gasnetz begonnen. Der Wasserstoff wird mittels <a href="Elektrolyseur#Saurer_oder_PEM-Elektrolyseur" title="Elektrolyseur">PEM-Elektrolyse</a> in einer Power-to-Gas-Anlage im Nordrheinwestfälischen <a href="Ibbenb%C3%BCren" title="Ibbenbüren">Ibbenbüren</a> gewonnen. Die Anlage hat eine Kapazität von 150 kW und eine Effizienz (Strom zu Wasserstoff) von 86 %.<sup id="cite_ref-118" class="reference"><a href="#cite_note-118"><span class="cite-bracket">[</span>118<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-119" class="reference"><a href="#cite_note-119"><span class="cite-bracket">[</span>119<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Ha%C3%9Ffurt" title="Haßfurt">Haßfurt</a>
</td>
<td style="text-align:right">2016
</td>
<td style="text-align:right">1250
</td>
<td>Green Planet Energy / Städtischen Betrieben Haßfurt
</td>
<td>Die städtischen Betriebe Haßfurt und der bundesweit aktive Ökoenergieanbieter <a href="Green_Planet_Energy" title="Green Planet Energy">Green Planet Energy</a> betreiben in Haßfurt eine kommerzielle Windgas-Anlage. Diese speist seit dem 8. September 2016 rund eine Million kWh Wasserstoff pro Jahr in das Gasnetz ein, der mittels überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien erzeugt wird. Dazu wird in der Anlage im Hafengelände am Main ein containergroßer 1,25-Megawatt-PEM-<a href="Elektrolyseur" title="Elektrolyseur">Elektrolyseur</a> eingesetzt.<sup id="cite_ref-120" class="reference"><a href="#cite_note-120"><span class="cite-bracket">[</span>120<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-121" class="reference"><a href="#cite_note-121"><span class="cite-bracket">[</span>121<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Um das Gas mit dem überschüssigen Windstrom möglichst wirtschaftlich erzeugen zu können, ist die Anlage in das <a href="Virtuelles_Kraftwerk" title="Virtuelles Kraftwerk">virtuelle Kraftwerk</a> des Kölner Energieunternehmens Next Kraftwerke eingebunden.<sup id="cite_ref-122" class="reference"><a href="#cite_note-122"><span class="cite-bracket">[</span>122<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dieses schaltet über eine Fernwirkeinheit den <a href="PEM-Elektrolyseur" class="mw-redirect" title="PEM-Elektrolyseur">PEM-Elektrolyseur</a> nur dann ein, wenn der Strombörsenpreis besonders niedrig ist – beispielsweise bei stürmischen Wetterlagen wie Anfang 2017.<sup id="cite_ref-123" class="reference"><a href="#cite_note-123"><span class="cite-bracket">[</span>123<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Lampoldshausen" title="Lampoldshausen">Lampoldshausen</a>
</td>
<td style="text-align:right">?
</td>
<td style="text-align:right">1000
</td>
<td><a href="Deutsches_Zentrum_f%C3%BCr_Luft-_und_Raumfahrt" title="Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt">Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt</a>
</td>
<td>2016 begann das DLR am <a href="Institut_f%C3%BCr_Raumfahrtantriebe" title="Institut für Raumfahrtantriebe">Institut für Raumfahrtantriebe</a> mit der Errichtung einer <a href="Wasserstoff" title="Wasserstoff">Wasserstoff</a> produzierenden Power-to-Gas-Anlage zur Erforschung und Entwicklung dieser Speichertechnik im industriellen Maßstab. Neben einem <a href="Elektrolyseur#Saurer_oder_PEM-Elektrolyseur" title="Elektrolyseur">PEM-Elektrolyseur</a> mit einer Leistung von 1 MW gehört zu der Anlage auch ein <a href="Blockheizkraftwerk" title="Blockheizkraftwerk">Blockheizkraftwerk</a>, das mit dem produzierten Wasserstoff betrieben werden kann, um das Institut bei geringer Stromerzeugung aus <a href="Windkraftanlage" title="Windkraftanlage">Windkraft-</a> und <a href="Photovoltaik" title="Photovoltaik">Photovoltaikanlagen</a> vollständig mit Strom und Wärme zu versorgen. Ein Teil des Wasserstoffs soll für die Forschung an Raketentriebwerken am Standort verwendet werden.<sup id="cite_ref-124" class="reference"><a href="#cite_note-124"><span class="cite-bracket">[</span>124<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Dresden" title="Dresden">Dresden</a>
</td>
<td style="text-align:right">2017
</td>
<td style="text-align:right">15 – 60
</td>
<td><a href="#Europäisches_Forschungsprojekt_HELMETH">HELMETH Projekt</a>
</td>
<td>
<p>Im Rahmen des Europäischen Forschungsprojektes HELMETH wurde ab 2014 an der Entwicklung eines neuartigen Power-to-Gas Konzeptes gearbeitet. Dieses sticht durch die Wasserstoffproduktion mittels druckbetriebener <a href="Elektrolyseur#Hochtemperatur-Elektrolyseur" title="Elektrolyseur">Hochtemperaturelektrolyse</a> (SOEC) heraus. Die anschließende CO<sub>2</sub>-Methanisierung ist mit einer Siedewasserkühlung versehen und produziert dadurch den für die Elektrolyse benötigten Dampf. Aufgrund der energetischen Verknüpfung beider Module ergibt sich das Potenzial deutlich höhere Wirkungsgrade als bisher zu erreichen. Für den Prototyp wird ein Wirkungsgrad von 76 % mit einer potenziellen Erhöhung auf 80 % im Industriemaßstab angegeben.<sup id="cite_ref-125" class="reference"><a href="#cite_note-125"><span class="cite-bracket">[</span>125<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Detailliertere Erläuterungen finden sich in Kapitel <a href="#Europäisches_Forschungsprojekt_HELMETH">Europäisches Forschungsprojekt HELMETH</a>
</p>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Grenzach-Wyhlen" title="Grenzach-Wyhlen">Grenzach-Wyhlen</a>
</td>
<td style="text-align:right">2018
</td>
<td style="text-align:right">300 – 1000
</td>
<td><a href="Energiedienst_Holding" class="mw-redirect" title="Energiedienst Holding">EnergieDienst AG</a>
</td>
<td>Die Anlage wurde darauf ausgelegt, die Wirtschaftlichkeit der Power-to-Gas-Technologie zu demonstrieren. Da der Strom für die Wasserstofferzeugung von einem benachbarten Wasserkraftwerk am Rhein bezogen wird, entfallen Netzentgelte und die EEG-Umlage. Außerdem erlaubt die Nutzung von Wasserkraft mehr Volllaststunden als Wind- oder Sonnenenergie.<sup id="cite_ref-126" class="reference"><a href="#cite_note-126"><span class="cite-bracket">[</span>126<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Sonneberg" title="Sonneberg">Sonneberg</a>
</td>
<td style="text-align:right">2018
</td>
<td style="text-align:right">
</td>
<td>Wasserwerke Sonneberg
</td>
<td>Zum Aufbau einer regionalen Wasserstoffwirtschaft wird im <a href="Sonneberg#21._Jahrhundert" title="Sonneberg">Klärwerk Sonneberg-Heubisch</a> ein Druckelektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff aus regenerativen Energien eingesetzt. Der modulare Aufbau des alkalischen Druckelektrolyseurs mit Modulen im Leistungsbereich von 75 kW eignet sich zum dezentralen dynamischen Einsatz im Zusammenhang mit fluktuierenden erneuerbaren Energien.<sup id="cite_ref-127" class="reference"><a href="#cite_note-127"><span class="cite-bracket">[</span>127<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Bosb%C3%BCll" title="Bosbüll">Bosbüll</a>, <a href="Langenhorn_(Nordfriesland)" title="Langenhorn (Nordfriesland)">Langenhorn</a>, <a href="Reu%C3%9Fenk%C3%B6ge" title="Reußenköge">Reußenköge</a>, <a href="D%C3%B6rpum" class="mw-redirect" title="Dörpum">Dörpum</a>
</td>
<td style="text-align:right">2020/2021
</td>
<td style="text-align:right">1125
</td>
<td>
</td>
<td>Das Projekt eFarm<span id="eFarm"></span> der GP JOULE GmbH schuf eine modular erweiterbare Wasserstoff-Infrastruktur im Kreis Nordfriesland (Schleswig-Holstein). Wasserstoff aus fünf PEM-Elektrolyseuren (je 225 kW) in der Nähe regionaler Windkraftanlagen wird in mobilen Speichercontainern per LKW zu zwei öffentlichen H<sub>2</sub>-Tankstellen in Husum und Niebüll transportiert. Teil des Projekts war auch die Anschaffung zweier Wasserstoff-Linienbusse für den öffentlichen Nahverkehr, die seit Mai 2021 im Einsatz sind.<sup id="cite_ref-128" class="reference"><a href="#cite_note-128"><span class="cite-bracket">[</span>128<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
<p>Täglich können 500 kg Wasserstoff produziert und über die Tankstellen abgegeben werden. Ende 2021 sind im Kreis Nordfriesland etwa 100 Brennstoffzellen-PKW im Einsatz (fast 10 % des Bestandes dieser Fahrzeuge in ganz Deutschland).<sup id="cite_ref-129" class="reference"><a href="#cite_note-129"><span class="cite-bracket">[</span>129<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Haurup" title="Haurup">Haurup</a>
</td>
<td style="text-align:right">2021
</td>
<td style="text-align:right">1000
</td>
<td><a href="Green_Planet_Energy" title="Green Planet Energy">Green Planet Energy eG</a>
</td>
<td>Die neu entwickelte <a href="Elektrolyseur#Saurer_oder_PEM-Elektrolyseur" title="Elektrolyseur">PEM-Anlage</a> mit einem Megawatt erzeugt seit 2021 aus überschüssigem Windstrom jährlich bis zu drei Millionen Kilowattstunden Wasserstoff und speist diese ins Gasnetz.<sup id="cite_ref-130" class="reference"><a href="#cite_note-130"><span class="cite-bracket">[</span>130<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr>
<tr>
<td><a href="Wunsiedel" title="Wunsiedel">Wunsiedel</a>
</td>
<td style="text-align:right">2021/22
</td>
<td style="text-align:right">8750
</td>
<td>WUN H2 GmbH
</td>
<td>Zur Versorgung der Region Nordbayern mit ausschließlich aus erneuerbaren Energien erzeugtem Wasserstoff wurde im Energie-Park in Wunsiedel eine Anlage mit einer Leistung von 8,75 Megawatt errichtet mit einer jährlichen Erzeugung von bis zu 1.350 Tonnen Wasserstoff. Die Inbetriebnahme fand am 14. September 2022 statt.<sup id="cite_ref-131" class="reference"><a href="#cite_note-131"><span class="cite-bracket">[</span>131<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-132" class="reference"><a href="#cite_note-132"><span class="cite-bracket">[</span>132<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</td></tr></tbody></table>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Geplante_Anlagen_und_weitere_Projekte">Geplante Anlagen und weitere Projekte</h3></div>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Europäisches_Forschungsprojekt_HELMETH"><span id="Europ.C3.A4isches_Forschungsprojekt_HELMETH"></span>Europäisches Forschungsprojekt HELMETH</h4></div>
<p>Im April 2014 wurde das von der EU geförderte und vom <a href="Karlsruher_Institut_f%C3%BCr_Technologie" title="Karlsruher Institut für Technologie">Karlsruher Institut für Technologie</a> (KIT) koordinierte<sup id="cite_ref-133" class="reference"><a href="#cite_note-133"><span class="cite-bracket">[</span>133<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Forschungsprojekt HELMETH<sup id="cite_ref-134" class="reference"><a href="#cite_note-134"><span class="cite-bracket">[</span>134<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> (Integrated <b>H</b>igh-Temperature <b>EL</b>ectrolysis and <b>METH</b>anation for Effective Power to Gas Conversion) gestartet.<sup id="cite_ref-135" class="reference"><a href="#cite_note-135"><span class="cite-bracket">[</span>135<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Beteiligt sind neben dem KIT: <a href="Politecnico_di_Torino" title="Politecnico di Torino">Politecnico di Torino</a> (POLITO), European Research Institute of Catalysis (ERIC), EthosEnergy Italia (EEI), <a href="Nationale_Technische_Universit%C3%A4t_Athen" title="Nationale Technische Universität Athen">Nationale Technische Universität Athen</a> (NTUA) und der <a href="Deutscher_Verein_des_Gas-_und_Wasserfaches" title="Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches">Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches</a> (DVGW).
Das Ziel des EU-Projekts ist, die Machbarkeit eines hocheffizienten Power-to-Gas-Prozesses mit thermischer Integration von <a href="Elektrolyseur#Hochtemperatur-Elektrolyseur" title="Elektrolyseur">Hochtemperaturelektrolyse</a> (<a href="SOEC" class="mw-redirect" title="SOEC">SOEC</a>) und CO<sub>2</sub>-Methanisierung zu demonstrieren.
Durch die thermische Integration von exothermer Methanisierung und Verdampfung für die Wasserdampfelektrolyse sind Wirkungsgrade von über 85 % (Brennwert des erzeugten Methans bezogen auf die eingesetzte elektrische Energie) theoretisch möglich.
Das Projekt wurde Ende 2017 abgeschlossen und erreichte einen Wirkungsgrad von 76 % für den Prototyp mit einem angegebenen Potenzial von 80 % für Anlagen im industriellen Maßstab.<sup id="cite_ref-136" class="reference"><a href="#cite_note-136"><span class="cite-bracket">[</span>136<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die Betriebsbedingungen der CO<sub>2</sub>-Methanisierung sind ein Gasdruck von 10 – 30 bar, eine <a href="Synthetic_Natural_Gas" title="Synthetic Natural Gas">SNG</a> Produktion von 1 – 5,4 m<sup>3</sup>/h (NTP) und ein <a href="St%C3%B6chiometrie" title="Stöchiometrie">Eduktumsatz</a>, der SNG mit H<sub>2</sub> < 2 vol.-% bzw. CH<sub>4</sub> > 97 vol.-% erzeugt.<sup id="cite_ref-137" class="reference"><a href="#cite_note-137"><span class="cite-bracket">[</span>137<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Damit wäre das erzeugte Erdgassubstitut in das gesamte deutsche Erdgasnetz ohne Einschränkungen einspeisefähig.<sup id="cite_ref-138" class="reference"><a href="#cite_note-138"><span class="cite-bracket">[</span>138<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Als Kühlmedium für die exotherme Reaktion wird siedendes Wasser bei bis zu 300 °C benutzt, was einem <a href="Wasserdampf" title="Wasserdampf">Wasserdampfdruck</a> von rund 87 bar entspricht. Die SOEC arbeitet mit einem Druck von bis zu 15 bar, Dampfumsätzen von bis zu 90 % und erzeugt aus 3,37 <a href="Wattstunde" title="Wattstunde">kWh</a> Strom einen <a href="Normvolumen" title="Normvolumen">Normkubikmeter</a> Wasserstoff als Ausgangsstoff für die Methanisierung.
</p>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Europäisches_Forschungsprojekt_STORE&GO"><span id="Europ.C3.A4isches_Forschungsprojekt_STORE.26GO"></span>Europäisches Forschungsprojekt STORE&GO</h4></div>
<p>Der technologische Reifegrad von Power-to-Gas für den Alltagsbetrieb wird im von der <a href="Europ%C3%A4ische_Union" title="Europäische Union">Europäischen Union</a> geförderten Forschungsvorhaben STORE&GO geprüft.<sup id="cite_ref-139" class="reference"><a href="#cite_note-139"><span class="cite-bracket">[</span>139<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Dafür werden an drei europäischen Standorten drei unterschiedliche Methanisierungskonzepte aufgebaut und betrieben (<a href="Falkenhagen_(Pritzwalk)" title="Falkenhagen (Pritzwalk)">Falkenhagen</a>/<a href="Deutschland" title="Deutschland">Deutschland</a>, <a href="Solothurn" title="Solothurn">Solothurn</a>/<a href="Schweiz" title="Schweiz">Schweiz</a>, <a href="Troia_(Apulien)" title="Troia (Apulien)">Troia</a>/<a href="Italien" title="Italien">Italien</a>). Die eingesetzten Technologien umfassen biologische und chemische <a href="Methanisierung" title="Methanisierung">Methanisierung</a> sowie die Gewinnung von <a href="Kohlenstoffdioxid" title="Kohlenstoffdioxid">CO<sub>2</sub></a> direkt aus der Atmosphäre. Das erzeugte Methan wird direkt in bestehende Gasnetze eingespeist oder verflüssigt zu Bio-<a href="Fl%C3%BCssigerdgas" title="Flüssigerdgas">LNG</a>, je nach Standort. Übergeordnetes Ziel ist es, die eingesetzten Technologien und mögliche Anwendungen unter technischen, wirtschaftlichen<sup id="cite_ref-140" class="reference"><a href="#cite_note-140"><span class="cite-bracket">[</span>140<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> und regulatorischen<sup id="cite_ref-141" class="reference"><a href="#cite_note-141"><span class="cite-bracket">[</span>141<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Aspekten zu bewerten. So wollen die 27 Projektpartner seit März 2016 für eine Dauer von vier Jahren nicht nur die Technologie, sondern auch konkrete künftige Einsatzszenarien und Geschäftsmodelle untersuchen. Das Projekt wird durch das Forschungsprogramm „<a href="Horizont_2020" title="Horizont 2020">Horizon 2020</a>“ der EU mit 18 Mio. € sowie durch die Schweizer Regierung mit 6 Mio. € gefördert. Die industriellen Projektpartner steuern weitere 4 Mio. € bei.<sup id="cite_ref-142" class="reference"><a href="#cite_note-142"><span class="cite-bracket">[</span>142<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Koordinator des Projekts ist die Forschungsstelle des <a href="Deutscher_Verein_des_Gas-_und_Wasserfaches#Forschung_und_Entwicklung" title="Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches">Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches</a> (DVGW)<sup id="cite_ref-143" class="reference"><a href="#cite_note-143"><span class="cite-bracket">[</span>143<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> am <a href="Karlsruher_Institut_f%C3%BCr_Technologie" title="Karlsruher Institut für Technologie">Karlsruher Institut für Technologie</a> (KIT).
</p>
<div class="mw-heading mw-heading4"><h4 id="Weitere_Planungen_für_Power-to-Gas-Anlagen"><span id="Weitere_Planungen_f.C3.BCr_Power-to-Gas-Anlagen"></span>Weitere Planungen für Power-to-Gas-Anlagen</h4></div>
<p>Im Oktober 2018 wurde bekannt, dass ein Konsortium bestehend aus <a href="Tennet_TSO" title="Tennet TSO">Tennet</a>, <a href="Gasunie" title="Gasunie">Gasunie</a> und <a href="Thyssengas" title="Thyssengas">Thyssengas</a> schrittweise eine Power-to-Gas-Anlage mit 100 MW Leistung im Norden Niedersachsens aufbauen will. Als Standort der Anlage waren <a href="Weener" title="Weener">Weener</a> und <a href="Wiefelstede" title="Wiefelstede">Wiefelstede</a> im Gespräch. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde Ostfriesland (<a href="Diele_(Weener)" title="Diele (Weener)">Diele</a>, Landkreis Leer) als geeigneter Standort für den Elektrolyseur identifiziert.<sup id="cite_ref-PG01_144-0" class="reference"><a href="#cite_note-PG01-144"><span class="cite-bracket">[</span>144<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-PG02_145-0" class="reference"><a href="#cite_note-PG02-145"><span class="cite-bracket">[</span>145<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Geplant war, dass 2022 ein erstes Modul in Betrieb begehen soll, anschließend alle zwei Jahre ein weiteres. Im Jahr 2028 sollte die Anlage komplettiert sein. Die Kosten wurden auf einen niedrigen dreistelligen Millionenbetrag beziffert.<sup id="cite_ref-146" class="reference"><a href="#cite_note-146"><span class="cite-bracket">[</span>146<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Gemeinsames Ziel in Zusammenarbeit mit einem weiteren Konsortium ist es, die niedersächsische Küstenregion bis zum Jahr 2026 zu einem „ersten europäischen Wasserstoffcluster“ zu entwickeln.<sup id="cite_ref-PG02_145-1" class="reference"><a href="#cite_note-PG02-145"><span class="cite-bracket">[</span>145<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Weitere Anwenderin der Power-to-Gas-Technologie ist die Firma Sunfire.<sup id="cite_ref-147" class="reference"><a href="#cite_note-147"><span class="cite-bracket">[</span>147<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Laut Manager Magazin interessieren sich auch <a href="Enercon" title="Enercon">Enercon</a> und einige <a href="Stadtwerke" class="mw-redirect" title="Stadtwerke">Stadtwerke</a> für die Power-to-Gas-Technologie. Als Argument dafür, dass sich inzwischen auch Gasversorger für die Technik interessieren, wird unter anderem der rückgängige Gasbedarf zum Heizen auf Grund verbesserter Isolierung von Gebäuden angeführt.<sup id="cite_ref-Manager_18-3" class="reference"><a href="#cite_note-Manager-18"><span class="cite-bracket">[</span>18<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anlagen_außerhalb_Deutschlands"><span id="Anlagen_au.C3.9Ferhalb_Deutschlands"></span>Anlagen außerhalb Deutschlands</h2></div>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Underground_Sun_Storage_in_Pilsbach,_Österreich"><span id="Underground_Sun_Storage_in_Pilsbach.2C_.C3.96sterreich"></span>Underground Sun Storage in Pilsbach, Österreich</h3></div>
<p>In Österreich wurde 2014 ein Forschungsprojekt in Angriff genommen, bei dem mittels Power-to-Gas-Technologie erzeugtes Methangas direkt in einen unterirdischen Porengasspeicher eingebracht, sowie eine Beimischung von bis zu 10 % Wasserstoffgas erprobt wurde. Erfolgreich abgeschlossen wurde das Forschungsprojekt im Jahr 2016.<sup id="cite_ref-148" class="reference"><a href="#cite_note-148"><span class="cite-bracket">[</span>148<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Als Nachfolgeprojekt wurde im März 2017 <i>Underground sun conversion</i> gestartet. Dabei möchte man aus Power-to-Gas erzeugtem Wasserstoff und CO<sub>2</sub>, sowie einem mikrobiologischen Prozess Erdgas direkt unterirdisch erzeugen und speichern.<sup id="cite_ref-149" class="reference"><a href="#cite_note-149"><span class="cite-bracket">[</span>149<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Versorgung_von_Utsira_in_Norwegen">Versorgung von Utsira in Norwegen</h3></div>
<div class="hauptartikel" role="navigation"><span class="hauptartikel-pfeil" title="siehe" aria-hidden="true" role="presentation">→ </span><i><span class="hauptartikel-text">Hauptartikel</span>: <a href="Utsira#Stromversorgung" title="Utsira">„Stromversorgung“ im Artikel Utsira</a></i></div>
<p>Von 2004 bis 2008 wurden zehn Haushalte der norwegischen Insel <a href="Utsira" title="Utsira">Utsira</a> von Windkraftanlagen sowie einem Speichersystem bestehend aus Elektrolyseur, Druckspeicher, Brennstoffzelle und Wasserstoffturbine mit Strom versorgt.<sup id="cite_ref-150" class="reference"><a href="#cite_note-150"><span class="cite-bracket">[</span>150<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Anlagen_in_Dänemark"><span id="Anlagen_in_D.C3.A4nemark"></span>Anlagen in Dänemark</h3></div>
<p>Die <a href="Universit%C3%A4t_Aarhus" title="Universität Aarhus">Universität Aarhus</a>, das <a href="Elektrizit%C3%A4tswerk_der_Stadt_Z%C3%BCrich" title="Elektrizitätswerk der Stadt Zürich">Elektrizitätswerk der Stadt Zürich</a> (ewz), <a href="Erdgas_Z%C3%BCrich" class="mw-redirect" title="Erdgas Zürich">Erdgas Zürich</a>, weitere dänische, sowie deutsche Akteure engagieren sich für eine Demonstrationsanlage im dänischen <a href="Foulum" title="Foulum">Foulum</a>.<sup id="cite_ref-151" class="reference"><a href="#cite_note-151"><span class="cite-bracket">[</span>151<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Im Jahr 2018 wurde in <a href="Hobro" title="Hobro">Hobro</a> eine der modernsten Wasserstoffanlagen Europas eröffnet, die 2020 nach einer Pilotphase den regulären Betrieb aufnahm.<sup id="cite_ref-152" class="reference"><a href="#cite_note-152"><span class="cite-bracket">[</span>152<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Hier wird bei der Elektrolyse das „Proton Exchange-Membrane“-Verfahren verwendet. Die Anlage kann innerhalb von Sekunden angefahren werden. Am dänischen „HyBalance“-Projekt sind sechs verschiedene Unternehmen beteiligt (u. a. <a href="Air_Liquide" title="Air Liquide">Air Liquide</a>), die auf Power-to-Gas basierende Geschäftsmodelle entwickeln wollen.<sup id="cite_ref-153" class="reference"><a href="#cite_note-153"><span class="cite-bracket">[</span>153<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="GRHYD-Demonstrationsprojekt_in_Dunkerque,_Frankreich"><span id="GRHYD-Demonstrationsprojekt_in_Dunkerque.2C_Frankreich"></span>GRHYD-Demonstrationsprojekt in Dunkerque, Frankreich</h3></div>
<p>Ein unter anderem aus <a href="Engie" title="Engie">Engie</a> und <a href="Areva" class="mw-redirect" title="Areva">Areva</a> bestehendes Industriekonsortium betrieb in <a href="Dunkerque" title="Dunkerque">Dunkerque</a> von 2018 bis 2020 eine Pilotanlage mit einem Elektrolyseur und Beimischung des erzeugten Wasserstoffs in das lokale Gasverteilnetz.<sup id="cite_ref-154" class="reference"><a href="#cite_note-154"><span class="cite-bracket">[</span>154<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Hybridwerk_Aarmatt_in_Zuchwil,_Schweiz"><span id="Hybridwerk_Aarmatt_in_Zuchwil.2C_Schweiz"></span>Hybridwerk Aarmatt in Zuchwil, Schweiz</h3></div>
<p>Die <a href="Regio_Energie_Solothurn" title="Regio Energie Solothurn">Regio Energie Solothurn</a> betrieb von Mai 2019 bis Anfang 2020 in <a href="Zuchwil" title="Zuchwil">Zuchwil</a> (<a href="Kanton_Solothurn" title="Kanton Solothurn">Kanton Solothurn</a>) zu Versuchszwecken ein „Hybridwerk“, das Strom-, Gas- und Wärmenetze miteinander verband.<sup id="cite_ref-155" class="reference"><a href="#cite_note-155"><span class="cite-bracket">[</span>155<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die Anlage war Teil des gesamteuropäischen Forschungsprojektes <i>STORE&GO</i> und besaß folgende technische Komponenten:<sup id="cite_ref-156" class="reference"><a href="#cite_note-156"><span class="cite-bracket">[</span>156<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<ol><li>Ein 6-MW-Gas-Heizkessel (Wirkungsgrad 92 %), der in Not- und Spitzenlastsituationen Wärme direkt ins <a href="Fernw%C3%A4rme" title="Fernwärme">Fernwärmenetz</a> leitete.</li>
<li>Das Blockheizkraftwerk (Elektrische Leistung 1,2 MW, Wärmeleistung 1,2 MW) bestand aus einem Zwölfzylinder-Gasmotor und einem daran angekoppelten Generator; der Nutzungsgrad lag bei 90 % (44 % elektrisch / 46 % thermisch). Die Wärme konnte ins Fernwärmenetz der Regio Energie Solothurn gespeist werden und der Strom konnte flexibel genutzt werden.</li>
<li>Der Elektrolyseur (Aufnahmeleistung: 2 × 175 kWel) spaltete mittels Protonen-Austausch-Membran den Wasserstoff ab (Output Wasserstoff: 60 Nm3/h, Wirkungsgrad 50–60 %) und speicherte diesen in Druck-Zylindern. Verwendet wurde dazu überschüssiger Strom aus erneuerbarer Energie.</li>
<li>Der Wasserstoffspeicher (Nutzvolumen ca. 7,5 m³, Betriebsdruck bis 200 bar, max. 1500 Nm3 H2 à 3,5 kWh/Nm3 = 5,3 MWh) speicherte und mischte diesen dosiert mit 5 bis 200 Nm3/h ins Gasnetz.</li>
<li>Drei Wärmespeicher à 100 m³ (Speicherkapazität 3 ×5,5 MWh, Lade- / Entladeleistung 6 MW). Diese kamen insbesondere während kalten Wintertagen als Spitzenbrecher zum Einsatz.</li>
<li>Ein Bioreaktor-Turm zur Methanisierung.<sup id="cite_ref-157" class="reference"><a href="#cite_note-157"><span class="cite-bracket">[</span>157<span class="cite-bracket">]</span></a></sup></li></ol>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Pilot-_und_Demonstrationsanlage_in_Rapperswil,_Schweiz"><span id="Pilot-_und_Demonstrationsanlage_in_Rapperswil.2C_Schweiz"></span>Pilot- und Demonstrationsanlage in Rapperswil, Schweiz</h3></div>
<p>Das Institut für Energietechnik an der <a href="Hochschule_f%C3%BCr_Technik_Rapperswil" title="Hochschule für Technik Rapperswil">Hochschule für Technik</a> in <a href="Rapperswil_SG" title="Rapperswil SG">Rapperswil</a> (<a href="Kanton_St._Gallen" title="Kanton St. Gallen">Kanton St. Gallen</a>) betrieb von 2014 bis 2017 die erste Power-to-Methane-Anlage der Schweiz. Die <a href="Pilotprojekt" title="Pilotprojekt">Pilot-</a> und Demonstrationsanlage erzeugte mit Energie aus Photovoltaik Methangas aus Wasser und CO<sub>2</sub>, das aus der Umgebungsluft gewonnen wurde. Sie erreichte einen Wirkungsgrad von 35 %. Das erzeugte Methan konnte an einer integrierten Tankstelle direkt in geeignete Fahrzeuge verfüllt werden. Zudem war die Anlage an das lokale Erdgasnetz angeschlossen.<sup id="cite_ref-158" class="reference"><a href="#cite_note-158"><span class="cite-bracket">[</span>158<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Power-to-Gas-Anlage_in_Dietikon,_Schweiz"><span id="Power-to-Gas-Anlage_in_Dietikon.2C_Schweiz"></span>Power-to-Gas-Anlage in Dietikon, Schweiz</h3></div>
<p>Im Jahr 2022 wurde in <a href="Dietikon" title="Dietikon">Dietikon</a> (<a href="Kanton_Z%C3%BCrich" title="Kanton Zürich">Kanton Zürich</a>) die erste Power-to-Gas-Anlage der Schweiz in Betrieb genommen.<sup id="cite_ref-159" class="reference"><a href="#cite_note-159"><span class="cite-bracket">[</span>159<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Pinker_Wasserstoff_aus_Oskarshamn,_Schweden"><span id="Pinker_Wasserstoff_aus_Oskarshamn.2C_Schweden"></span>Pinker Wasserstoff aus Oskarshamn, Schweden</h3></div>
<p>Der Betreiber des <a href="Kernkraftwerk_Oskarshamn" title="Kernkraftwerk Oskarshamn">Kernkraftwerks Oskarshamn</a> verkündete Anfang 2022 den Vertrieb von Überschüssen des in der Anlage produzierten <a href="Pinker_Wasserstoff" class="mw-redirect" title="Pinker Wasserstoff">pinken Wasserstoffs</a>. Abnehmer sind der Industriegasanbieter <a href="Linde_plc" title="Linde plc">Linde</a> und Hynion, ein Betreiber von Wasserstofftankstellen.<sup id="cite_ref-160" class="reference"><a href="#cite_note-160"><span class="cite-bracket">[</span>160<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-161" class="reference"><a href="#cite_note-161"><span class="cite-bracket">[</span>161<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Europäisches_Forschungsprojekt_H2FUTURE"><span id="Europ.C3.A4isches_Forschungsprojekt_H2FUTURE"></span>Europäisches Forschungsprojekt H2FUTURE</h3></div>
<p>Im November 2019 ging die bis dahin weltweit größte Pilotanlage zur Erzeugung von <a href="Gr%C3%BCner_Wasserstoff" title="Grüner Wasserstoff">grünem Wasserstoff</a> am Produktionsstandort des österreichischen Stahlherstellers <a href="Voestalpine" title="Voestalpine">Voestalpine</a> in <a href="Linz" title="Linz">Linz</a> in Betrieb. Der von <a href="Siemens" title="Siemens">Siemens</a> erbaute und installierte Silyzer 300, ein PEM-Elektrolyseur mit einer Anschlussleistung von 6 MW, wurde darauf ausgelegt, mit ausschließlich aus erneuerbaren Energien gewonnenem Strom 1200 Kubikmeter Wasserstoff pro Stunde zu produzieren. Das Projekt wurde von der Europäischen Union gefördert und von der <a href="Verbund_AG" title="Verbund AG">Verbund AG</a> koordiniert wird. Im geplanten Projektzeitraum von 2019 bis 2021 wurden über 500 Tonnen grüner Wasserstoff erzeugt.<sup id="cite_ref-energate-messenger-219557_162-0" class="reference"><a href="#cite_note-energate-messenger-219557-162"><span class="cite-bracket">[</span>162<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p><p>Zielsetzung war es, Perspektiven aufzuzeigen, wie die CO<sub>2</sub>-Emissionen bei der Stahlproduktion vermieden werden können, wenn bei der Reduktion des Erzes zu Roheisen statt Koks Wasserstoff als Reduktionsmittel eingesetzt wird. Die Forschungspartner TNO und K1 MET wurden damit beauftragt, die Übertragbarkeit der Projektergebnisse für den großtechnischen Einsatz von Wasserstoff nicht nur in der Stahlindustrie, sondern auch in anderen Industriesektoren, z. B. der chemischen Industrie zu untersuchen. Als weiterer Projektpartner trat der österreichische Netzbetreiber <a href="Austrian_Power_Grid" title="Austrian Power Grid">Austrian Power Grid</a> (APG) in Erscheinung, um das Potential der Wasserstoffanlage zur Bereitstellung von Netzdienstleistungen und dem möglichen Ausgleich von Schwankungen im Stromnetz zu ermitteln.<sup id="cite_ref-163" class="reference"><a href="#cite_note-163"><span class="cite-bracket">[</span>163<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-164" class="reference"><a href="#cite_note-164"><span class="cite-bracket">[</span>164<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-165" class="reference"><a href="#cite_note-165"><span class="cite-bracket">[</span>165<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-166" class="reference"><a href="#cite_note-166"><span class="cite-bracket">[</span>166<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Nach dem planmäßigen Ende des Projekts im Jahr 2021 und noch während der Evaluierung der Ergebnisse entschied sich die Voestalpine, den Silyzer-300-Elektrolyseurs weiterlaufen zu lassen und leitete Gespräche mit den anderen Teilnehmern ein, um das Forschungsprojekt zu verlängern.<sup id="cite_ref-energate-messenger-219557_162-1" class="reference"><a href="#cite_note-energate-messenger-219557-162"><span class="cite-bracket">[</span>162<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>
</p>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>
<ul><li><a href="Kraftstoff#Alternative_Kraftstoffe" title="Kraftstoff">Alternative Kraftstoffe</a></li>
<li><a href="XtL-Kraftstoff" title="XtL-Kraftstoff">XtL-Kraftstoff</a> (<i>X to Liquid</i>)</li>
<li><a href="Methanolwirtschaft" title="Methanolwirtschaft">Methanolwirtschaft</a></li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>
<ul><li>Frank Graf, René Schoof, Markus Zdrallek (Hrsg.): <i>Power-to-Gas: Grundlagen – Konzepte – Lösungen.</i> Vulkan Verlag, Essen 2021, ISBN 978-3-8356-7445-5.</li>
<li><a href="Michael_Sterner" title="Michael Sterner">Michael Sterner</a>, Ingo Stadler (Hrsg.): <i>Energiespeicher. Bedarf, Technologien, Integration.</i> 2. Auflage. Berlin/Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-48893-5.</li>
<li>Michael Sterner: <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Bioenergy and renewable power methane in integrated 100 % renewable energy systems – Limiting global warming by transforming energy systems</cite>. Dissertation an der Universität Kassel (= <cite class="lang" lang="en" dir="auto" style="font-style:italic">Erneuerbare Energien und Energieeffizienz – Renewable Energies and Energy Efficiency</cite>. <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>14</span>). Kassel University Press, 2009, ISBN 978-3-89958-798-2, Kapitel 4: <i>Renewable Power Methane – solution for renewable power integration and energy storage</i>, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>104–126</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.17170/kobra-202210176997">10.17170/kobra-202210176997</a></span>, <a href="Uniform_Resource_Name" title="Uniform Resource Name">urn</a>:<a rel="nofollow" class="external text" href="https://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0002-7998">nbn:de:0002-7998</a> (englisch).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abookitem&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Power-to-Gas&rft.atitle=Kapitel+4%3A+Renewable+Power+Methane+-+solution+for+renewable+power+integration+and+energy+storage&rft.au=Michael+Sterner&rft.btitle=Bioenergy+and+renewable+power+methane+in+integrated+100+%25+renewable+energy+systems+-+Limiting+global+warming+by+transforming+energy+systems&rft.date=2009&rft.doi=10.17170%2Fkobra-202210176997&rft.genre=bookitem&rft.isbn=9783899587982&rft.pages=104-126&rft.pub=Kassel+University+Press&rft.series=Erneuerbare+Energien+und+Energieeffizienz+-+Renewable+Energies+and+Energy+Efficiency" style="display:none"> </span></li>
<li>Gerda Gahleitner: <i>Hydrogen from renewable electricity: An international review of power-to-gas pilot plants for stationary applications.</i> In: <i><a href="International_Journal_of_Hydrogen_Energy" title="International Journal of Hydrogen Energy">International Journal of Hydrogen Energy</a>.</i> 38, Nr. 5, 2013, S. 2039–2061, <a href="https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.12.010" class="extiw external" title="doi:10.1016/j.ijhydene.2012.12.010">doi:10.1016/j.ijhydene.2012.12.010</a>.</li>
<li>Alberto Varone, Michele Ferrari: <i>Power to liquid and power to gas: An option for the German Energiewende.</i> In: <i><a href="Renewable_and_Sustainable_Energy_Reviews" title="Renewable and Sustainable Energy Reviews">Renewable and Sustainable Energy Reviews</a>.</i> Band 45, 2015, S. 207–218, <a href="https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.01.049" class="extiw external" title="doi:10.1016/j.rser.2015.01.049">doi:10.1016/j.rser.2015.01.049</a>.</li>
<li>Manuel Götz, Jonathan Lefebvre, Friedemann Mörs, Amy McDaniel Koch, Frank Graf, Siegfried Bajohr, Rainer Reimert, Thomas Kolb: <i>Renewable Power-to-Gas: A technological and economic review.</i> In: <i><a href="Renewable_Energy_(Zeitschrift)" title="Renewable Energy (Zeitschrift)">Renewable Energy</a>.</i> Band 85, 2016, S. 1371–1390, <a href="https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.07.066" class="extiw external" title="doi:10.1016/j.renene.2015.07.066">doi:10.1016/j.renene.2015.07.066</a>.</li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>
<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Power_to_gas?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Power-to-Gas</a></span></b> – Sammlung von Bildern</div>
<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.powertogas.info/">Strategieplattform Power to Gas</a></li>
<li><a href="Deutsche_Energie-Agentur" title="Deutsche Energie-Agentur">Deutsche Energie-Agentur</a> (Hrsg.): <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.dena.de/fileadmin/user_upload/Publikationen/Energiesysteme/Dokumente/131231_dena_Broschuere_Fakten_PowertoGas.pdf">Fachbroschüre: Power to Gas. Eine innovative Systemlösung auf dem Weg zur Marktreife.</a> (PDF; 2,6 MB, 13 S.) Stand: Dezember 2013</li>
<li><a href="Deutsche_Energie-Agentur" title="Deutsche Energie-Agentur">Deutsche Energie-Agentur</a> (Hrsg.): <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.dena.de/fileadmin/user_upload/Nachrichten/2013/Eckpunktepapier_Strategieplattform_Power_to_Gas.pdf">Eckpunktepapier der Strategieplattform Power to Gas. Der Beitrag von Power to Gas zur Erreichung der energiepolitischen Zielstellungen im Kontext der Energiewende.</a> (PDF; 0,8 MB, 6 S.) Berlin, 4. November 2013</li>
<li><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.dvgw.de/medien/dvgw/verein/energiewende/bilder/karte-power-to-gas-anlagen.pdf"><i>Wo aus Wind und Sonne grünes Gas wird … Eine Übersicht der Power-to-Gas-Projekte in Deutschland.</i></a> (PDF; 1,0 MB) In: <i><a href="Deutscher_Verein_des_Gas-_und_Wasserfaches" title="Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches">www.dvgw.de</a>.</i> 11. April 2019<span style="display:none">;</span><span class="Abrufdatum" style="display:none"> abgerufen am 6. Dezember 2020</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3APower-to-Gas&rft.title=Wo+aus+Wind+und+Sonne+gr%C3%BCnes+Gas+wird+%E2%80%A6+Eine+%C3%9Cbersicht+der+Power-to-Gas-Projekte+in+Deutschland&rft.description=Wo+aus+Wind+und+Sonne+gr%C3%BCnes+Gas+wird+%E2%80%A6+Eine+%C3%9Cbersicht+der+Power-to-Gas-Projekte+in+Deutschland&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.dvgw.de%2Fmedien%2Fdvgw%2Fverein%2Fenergiewende%2Fbilder%2Fkarte-power-to-gas-anlagen.pdf&rft.date=2019-04-11"> </span></li></ul>
<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>
<div class="mw-references-wrap mw-references-columns"><ol class="references">
<li id="cite_note-SternerJentschHolzhammer2011-1"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-1">b</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-2">c</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-3">d</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-4">e</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-SternerJentschHolzhammer2011_1-5">f</a></sup></span> <span class="reference-text"><span class="cite">Michael Sterner, Mareike Jentsch, Uwe Holzhammer: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.greenpeace-energy.de/fileadmin/docs/sonstiges/Greenpeace_Energy_Gutachten_Windgas_Fraunhofer_Sterner.pdf"><i>Energiewirtschaftliche und ökologische Bewertung eines Windgas-Angebotes.</i></a> (PDF; 2 MB) Gutachten des Fraunhofer-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) Kassel im Auftrag von Planet Green Energy. In: <i>greenpeace-energy.de.</i> Februar 2011,<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 9. April 2019</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3APower-to-Gas&rft.title=Energiewirtschaftliche+und+%C3%B6kologische+Bewertung+eines+Windgas-Angebotes&rft.description=Energiewirtschaftliche+und+%C3%B6kologische+Bewertung+eines+Windgas-Angebotes&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.greenpeace-energy.de%2Ffileadmin%2Fdocs%2Fsonstiges%2FGreenpeace_Energy_Gutachten_Windgas_Fraunhofer_Sterner.pdf&rft.creator=Michael+Sterner%2C+Mareike+Jentsch%2C+Uwe+Holzhammer&rft.date=2011-02"> </span></span>
</li>
<li id="cite_note-Varone_209-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-Varone_209_2-0">↑</a></span> <span class="reference-text">Alberto Varone, Michele Ferrari, <i>Power to liquid and power to gas: An option for the German Energiewende.</i> In: <i><a href="Renewable_and_Sustainable_Energy_Reviews" title="Renewable and Sustainable Energy Reviews">Renewable and Sustainable Energy Reviews</a>.</i> Band 45, 2015, S. 207–218, S. 209, <a href="https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.01.049" class="extiw external" title="doi:10.1016/j.rser.2015.01.049">doi:10.1016/j.rser.2015.01.049</a>.</span>
</li>
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<li id="cite_note-energate-messenger-219557-162"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-energate-messenger-219557_162-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-energate-messenger-219557_162-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text"><span class="cite">Peter Martens: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.energate-messenger.de/news/219557/voestalpine-h2future-soll-weiterlaufen"><i>Voestalpine: H2Future soll weiterlaufen.</i></a> In: <i>energate-messenger.de.</i> 26. Januar 2022,<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 28. Februar 2024</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3APower-to-Gas&rft.title=Voestalpine%3A+H2Future+soll+weiterlaufen&rft.description=Voestalpine%3A+H2Future+soll+weiterlaufen&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.energate-messenger.de%2Fnews%2F219557%2Fvoestalpine-h2future-soll-weiterlaufen&rft.creator=Peter+Martens&rft.date=2022-01-26"> </span></span>
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<li id="cite_note-164"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-164">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.voestalpine.com/group/de/media/presseaussendungen/2019-11-11-h2future-weltweit-groesste-gruene-wasserstoffpilotanlage-erfolgreich-in-betrieb-gegangen/"><i>H2FUTURE: Weltweit größte „grüne“ Wasserstoffpilotanlage erfolgreich in Betrieb gegangen.</i></a> In: <i>voestalpine.com.</i> 11. November 2019,<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 26. Mai 2021</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3APower-to-Gas&rft.title=H2FUTURE%3A+Weltweit+gr%C3%B6%C3%9Fte+%E2%80%9Egr%C3%BCne%E2%80%9C+Wasserstoffpilotanlage+erfolgreich+in+Betrieb+gegangen&rft.description=H2FUTURE%3A+Weltweit+gr%C3%B6%C3%9Fte+%E2%80%9Egr%C3%BCne%E2%80%9C+Wasserstoffpilotanlage+erfolgreich+in+Betrieb+gegangen&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.voestalpine.com%2Fgroup%2Fde%2Fmedia%2Fpresseaussendungen%2F2019-11-11-h2future-weltweit-groesste-gruene-wasserstoffpilotanlage-erfolgreich-in-betrieb-gegangen%2F&rft.date=2019-11-11"> </span></span>
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<li id="cite_note-165"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-165">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.energy-innovation-austria.at/article/h2future/"><i>H2FUTURE – Grüne Wasserstoff-Pilotanlage im Industriemaßstab.</i></a> In: <i>energy-innovation-austria.at.</i> 2020,<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 20. Februar 2024</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3APower-to-Gas&rft.title=H2FUTURE+%E2%80%93+Gr%C3%BCne+Wasserstoff-Pilotanlage+im+Industriema%C3%9Fstab&rft.description=H2FUTURE+%E2%80%93+Gr%C3%BCne+Wasserstoff-Pilotanlage+im+Industriema%C3%9Fstab&rft.identifier=https%3A%2F%2Fwww.energy-innovation-austria.at%2Farticle%2Fh2future%2F&rft.date=2020"> </span></span>
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<li id="cite_note-166"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-166">↑</a></span> <span class="reference-text">voestalpine AG: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.youtube.com/watch?v=0hzZXH_YdEY"><i>H2FUTURE: Weltweit größte „grüne“ Wasserstoffpilotanlage</i></a> auf <a href="YouTube" title="YouTube">YouTube</a>, 11. November 2019, abgerufen am 3. August 2022.</span>
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