Wertvoller Rohstoff Erdgas.

Zukunftsmotor CH4

Zwei enge Verwandte Erdgas und Strom haben viel mehr gemeinsam, als man denkt

Rund elf Prozent des deutschen Stroms wurden 2012 in Erdgaskraftwerken erzeugt. Davon profitiert auch die Umwelt: Wenn Erdgas verbrennt, entsteht wegen des geringen Kohlenstoffgehalts im Methan deutlich weniger CO2 als bei der Verbrennung von Kohle. Außerdem erreichen moderne Erdgaskraftwerke dank ausgefeilter Technik inzwischen sehr hohe Wirkungsgrade – sie wandeln also einen großen Teil der Energie im Erdgas in elektrische Energie um. So erreichte beispielsweise das Kraftwerk Irsching 4 in der Nähe von Ingolstadt kurz nach seiner Inbetriebnahme im Jahr 2011 einen elektrischen Wirkungsgrad von 60,75 Prozent. Ein Weltrekord! Zum Vergleich: Kohlekraftwerke erreichen einen Wirkungsgrad von maximal 50 Prozent.

Dass Erdgaskraftwerke heute so effizient sind, liegt auch an den seit Jahrzehnten verbesserten Turbinen: In ihnen verbrennt das Erdgas und erhitzt einströmende Luft, die die Turbine in Bewegung setzt, ganz ähnlich wie bei einem Düsenflugzeug. Über eine Welle wird die Drehbewegung auf den elektrischen Generator übertragen, der – wie bei einem Fahrraddynamo – den Strom erzeugt.

Umweltfreundlich: GuD-Kraftwerke und BHKWs

Einen gewaltigen Effizienzsprung schafften die Ingenieure, als sie begannen, auch die Abwärme aus der Gasturbine für die Stromproduktion zu nutzen. Sie erhitzt Wasser, so dass es verdampft und eine Dampfturbine antreibt – die wiederum über eine Welle einen Generator in Bewegung versetzt, der zusätzlichen Strom produziert. Alleine durch diese Erfindung steigt die Ausbeute in den Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (GuD-Kraftwerken) ganz erheblich. Auf diese Weise schaffte auch das Kraftwerk Irsching 4 seinen Weltrekord. Dabei sind die GuD-Kraftwerke nicht einmal besonders teuer: Sie kosten nur rund die Hälfte eines vergleichbaren Kohlekraftwerks und lassen sich in kürzerer Zeit bauen.

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Die Abwärme aus der Stromproduktion lässt sich aber auch anders nutzen: In Blockheizkraftwerken (BHKW) dient sie nicht dazu, eine Dampfturbine zu betreiben. Stattdessen nutzt man die Wärme dort entweder direkt vor Ort (zum Beispiel für industrielle Prozesse) oder man leitet sie in ein Fernwärmenetz, um damit Wohnungen zu heizen.

Es gibt aber auch kleine Ausführungen, so genannte Mikro-KWK Anlagen, für den privaten Heizungskeller. BHKWs erreichen sehr hohe Wirkungsgrade von 80 bis 90 Prozent. Sie machen aber nur dann Sinn, wenn es in ihrer direkten Umgebung Abnehmer für die Wärmeenergie gibt.

Gaskraftwerke: Flexibel steuerbar

Gaskraftwerke sind vor allem wegen ihres hohen Wirkungsgrades und der geringen CO2-Emissionen ein Plus für die Umwelt – bei der Energiewende werden sie deshalb eine wichtige Rolle spielen. Windkraftwerke und Solaranlagen sind nicht konstant in ihrer Leistung. Wenn sie gerade nur unzureichend zur Stromerzeugung beitragen können, müssen andere Kraftwerke kurzfristig einspringen. Genau dafür eignen sich Gaskraftwerke ganz hervorragend: Sie lassen sich viel flexibler hoch- und runterfahren als zum Beispiel Kohlekraftwerke – notfalls in wenigen Minuten. In Kombination mit neuen Stromspeichern werden Gaskraftwerke also dafür sorgen, dass wir auch im Zeitalter der Erneuerbaren eine sichere Stromversorgung haben.

Power to Gas: Meilenstein der Energiezukunft?

Es lässt sich nicht nur Strom aus Erdgas erzeugen – der umgekehrte Weg ist ebenfalls möglich: Wenn die erneuerbaren Energien mehr Strom produzieren, als gerade gebraucht wird, kann man mit seiner Hilfe künstliches Gas herstellen. In einem ersten Schritt verwendet man den überschüssigen Strom, um Wasser in seine Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff, aufzuspalten (Elektrolyse). Im zweiten Schritt wandelt man den Wasserstoff durch das Hinzufügen von Kohlendioxid zu Methan um (Methanisierung). Sobald der überschüssige Strom als Gas vorliegt (Power to Gas), steht für die Weiterverwendung die gesamte deutsche Gas-Infrastruktur mit Pipelines und Speichern bereit: Das „grüne Erdgas“ kann dann beispielsweise zum Heizen oder als Kraftstoff für Erdgasfahrzeuge genutzt werden. Zwar steht die „Power-to-Gas“-Technologie noch am Anfang. Aber sie könnte den Weg bahnen, Strom und Gas noch cleverer zu vernetzen.

Dezentral: Strom- und Wärmeproduktion zuhause im Keller

Die enge Verbindung von Erdgas und Strom geht noch weiter: In Brennstoffzellen lassen sich aus Erdgas umweltfreundlich Strom und Wärme produzieren – und das sogar im Keller zuhause: In kleinen „Brennstoffzellen-Heizgeräten“ wandelt ein „Reformer“ das Erdgas in Wasserstoff um. Der Wasserstoff produziert durch einen elektrochemischen Prozess anschließend in der Brennstoffzelle Strom. Dabei entsteht auch Abwärme, mit der man ein Haus oder eine Wohnung heizen und Wasser erwärmen kann. Mit solchen Geräten können private Hausbesitzer viel für die Umwelt tun, weil sie durch eine dezentrale gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme hocheffizient sind und deutlich weniger CO2 emittieren als herkömmliche Lösungen.

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