Energiewirtschaft
21. April 2022 5:54  Uhr

Umwandlung in Methan kann Erdgas ersetzen

Michael Sterner, Professor an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg, und seinen Kollegen wurde für ihr „Power-to-Gas“-System nach langer Prüfung das Patent erteilt.

Prof. Dr. Michael Sterner im Labor an der OTH Regensburg Foto: Sterner

Von Gerd Otto

REGENSBURG. Beinahe 13 Jahre musste sich der gebürtige Passauer Michael Sterner mit seinen Mitstreitern rund um das Zentrum für Sonnenenergie-Wasserstoff-Forschung in Stuttgart gedulden, ehe aus der Anmeldung des „Power-to-Gas“-Konzepts beim Deutschen Patent- und Markenamt tatsächlich ein Patent wurde. Seit 17. Februar 2022 haben sie es nun schriftlich: Das Patent „DE 10 2009 018 126 B4“ beinhaltet ein Energieversorgungssystem, das die Kopplung eines Strom- und eines Gasnetzes ermöglicht und nicht zuletzt die Speicherung großer Mengen an regenerativ erzeugter elektrischer Energie in Form eines Erdgassubstituts wie Methan im Gasnetz vorsieht.

Höhere Netzstabilität und Versorgungssicherheit

Während in der Patentschrift auf die hier mögliche Nutzung von „ansonsten ungenutztem Kohlendioxid“ verwiesen wird, lasse sich das „Power-to-Gas“-System vor allem auch so betreiben, dass trotz eines vermehrten Einsatzes von regenerativen Stromerzeugern, also von Wind und Sonne, mit ihrem „merklich fluktuierenden“ Leistungsangebot die Netzstabilität und Versorgungssicherheit des Stromnetzes nicht beeinträchtigt werden. Aber auch eine reine Methanerzeugung wäre möglich, etwa als Stand-alone-Variante für entlegene Regionen.

Vor allem – davon war der heutige Professor an der OTH Regensburg schon damals als Doktorand am Kasseler Fraunhofer-Institut überzeugt – könne man mit Wind- und Sonnenstrom per Elektrolyse Wasser in Wasserstoff verwandeln und in einem zweiten Schritt mithilfe von Kohlendioxid jenes Methan erzeugen, das über die bereits bestehende Erdgasinfrastruktur transportierfähig ist. An dieser Idee, so erinnert sich Michael Sterner, hatte schon der Chemiker Michael Specht Jahre zuvor gearbeitet. Die beiden „Power-to-gas“-Pioniere, der 30-jährige Niederbayer und sein um mehr als 20 Jahre älterer Kollege aus Stuttgart, motivierten sich in jenen Jahren gegenseitig und gaben sich keineswegs mit der resignierenden Erkenntnis zufrieden, dass die Zeit für eine solche Umsetzung eben noch nicht reif sei.

Michael Sterner gab im Jahr 2011 in einem Interview zu Protokoll, dass es in Deutschland ab 2020 bei Wind und Sonne sehr viel überschüssigen Strom geben werde, Strom, der verpuffen würde, wenn man ihn nicht speichert. Inzwischen, mehr als ein Jahrzehnt später, und noch dazu unter dem Eindruck von Russlands Krieg gegen die Ukraine, ist allenthalben von einem „Weckruf für die deutsche Energiepolitik“ die Rede.

Vielfalt der Energieträger ist die Zukunft

Nicht nur Dr. Georg Schmid, der Geschäftsführer der Microbify GmbH, einer im April 2021 erfolgten Ausgründung des Lehrstuhls für Mikrobiologie der Universität Regensburg, spricht sich für ein deutlich ambitionierteres Handeln beim Ausbau erneuerbarer Energien aus. Insbesondere sollte auch die Entwicklung der „Power-to-Gas“-Technologien massiv beschleunigt werden, um Erdgas und Erdöl durch CO2-neutrale Alternativen zu ersetzen.

Als wichtig bezeichnet Dr. Schmid die Überlegung, sich von dem Gedanken zu lösen, dass es in Zukunft einen Energieträger geben werde, der überall einsetzbar sei. Strom, Wasserstoff, Biomethan und synthetische Kraftstoffe müssten vielmehr dort eingesetzt werden, wo ihre Vorteile am besten zum Tragen kommen. Produktion, Umwandlung und Speicherung der verschiedenen Energieträger sollten deshalb im Mittelpunkt aller Aktivitäten von Wirtschaft, Wissenschaft und Politik stehen. Dass die Umwandlung von Wasserstoff in Methan dabei „eins zu eins fossiles Erdgas ersetzen kann“, betrachtet Georg Schmid als bedeutenden Baustein, zumal Methan bereits heute in die bestehende Infrastruktur eingeleitet werden könne. Vor diesem Hintergrund und angesichts des von der Bundesregierung ausgegebenen Ziels der Treibhausgasneutralität bis 2045 haben jetzt die 45 Partnerunternehmen der Initiative H2vorOrt sowie der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) und der Verband kommunaler Unternehmen (VKU) mit dem Gasnetzgebietstransformationsplan (GTP) ein wichtiges Zeichen gesetzt.

Transformationsplan für die Dekarbonisierung der Verteilnetze

Auf der Ebene der deutschen Gasverteilnetzbetreiber soll in enger Abstimmung mit den Fernleitungsnetzbetreibern der Transformationsbedarf auf lokaler Ebene ermittelt werden, um die regionale und sichere Versorgung mit klimaneutralen Gasen konkret auszugestalten. Dies geschieht in Abstimmung mit den Kommunen und den ansässigen Industrie- und Gewerbekunden, betonen die Verbände. Der Gasnetzgebietstransformationsplan (GTP) bilde dabei das zentrale und standardisierte Planungsinstrument für die Dekarbonisierung der Gasverteilnetze. Die Verteilnetzbetreiber arbeiten intensiv daran, die Transformation zur Klimaneutralität so schnell wie möglich umzusetzen. Mit dem GTP sollen die 550.000 Kilometer Gasverteilnetze technisch überprüft und der Ertüchtigungsbedarf für die Durchleitung von Wasserstoff festgestellt werden. So entstehen lokale und deutschlandweit koordinierte Pläne, auf deren Basis dann die konkrete Umstellung auf Wasserstoff und andere klimaneutrale Gase bedarfsgerecht durchgeführt werden könne, betonen die Initiatoren.

Start-up Microbify gewinnt RWE als ersten Kunden

Auch wenn fast alle Leitungsrohre aus Materialien bestehen, die grundsätzlich für die Durchleitung von reinem Wasserstoff geeignet sind, so verweist Dr. Georg Schmid speziell mit Blick auf die Untertagegasspeicher darauf, dass diese Anlagen durchaus von Biokorrosion bedroht seien. In Deutschland sind derzeit 47 Untertagegasspeicher mit einem Gesamtvolumen von etwa 27 Milliarden Kubikmeter in Betrieb. Hier leben anaerobe Mikroorganismen, die durch ihre Stoffwechselaktivität die Gaszusammensetzung beeinflussen können. Manche dieser Mikroben können aus Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) Methan, also CH4, herstellen.

Dieser Prozess, darauf verweist auch Schmids Kollegin aus der Geschäftsführung von Microbify Linda Dengler, wird auch als „biologische Untergrundmethanisierung“ bezeichnet. Andere Mikroben bilden aus Wasserstoff und Schwefelverbindungen den korrosiven Schwefelwasserstoff, der die Gasqualität verschlechtert und zu massiven Schäden an der Infrastruktur führen könne. Auf solch konkreten Erfahrungen beruht auch die Idee zur Gründung der Microbify GmbH, waren es doch vor allem Vertreter der Energiebranche, die sich an das Archaeenzentrum der Universität Regensburg gewandt hatten. Als ersten Kunden habe man den Energiekonzern RWE gewinnen können.

Aufbauend auf den Forschungsarbeiten ihres Mentors Prof. Dr. Karl Stetter verfügt das Start-up inzwischen über eine bemerkenswerte Bakterienbank mit über 260 Methanproduzenten und damit über viel Know-how. Die Dienstleistungen der Microbify GmbH bestehen aus mikrobiologischen Analysen an anaeroben Systemen, mit dem Schwerpunkt auf Gasspeicheranlagen.