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POWER-TO-X Aus Strom mach X

Während im Sektor Strom erneuerbare Energien eine zentrale Rolle spielen, herrschen in den Sektoren Wärme, Mobilität und Industrie noch fossile Energieträger vor. Das ändert sich durch Power-to-X.
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Die Industrie setzt große Hoffnung in Power-to-X

Die Industrie setzt große Hoffnung in Power-to-X

Foto: KfW Bankengruppe/Jonas Wresch

Die Energiewende ohne moderne Technologie? Praktisch undenkbar. Erneuerbare-Energie-Quellen wie Wind, Wasser und Sonne liefern klimafreundlichen Strom – und das mit wachsendem Erfolg. Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes machten sie im ersten Quartal 2022 bereits einen Anteil von 47,1 Prozent an der Gesamtstromeinspeisung in der Bundesrepublik aus. Speichertechnologien wie Batterie-, Pump- oder Druckluftspeicher sorgen dafür, dass der Strom zur richtigen Zeit am richtigen Ort verfügbar und die Netzstabilität gewährleistet ist. Doch was steckt hinter den vielversprechenden Power-to-X-Technologien? Wir erklären, wie ein integriertes Energiesystem zum größten Hoffnungsträger der Industrie wird.

Power-to-X-Technologien ersetzen sektorübergreifend fossile Energieträger

Power-to-X-Technologien sind heute in aller Munde. In den hier beschriebenen Verfahren wird der Ökostrom (Power) gespeichert, und die zeitweiligen Überschüsse werden in andere Energieträger (X) umgewandelt. So werden zum Beispiel Wasserstoff, Treibstoffe und Basischemikalien erzeugt, die Erdöl und Erdgas ersetzen können.

Für viele industrielle Prozesse ein Gamechanger. Denn: Während im Sektor Strom erneuerbare Energien schon eine tragende Rolle spielen, herrschen in den Sektoren Wärme, Mobilität und Industrie noch die fossilen Energieträger vor. Auch das ändert sich durch Power-to-X. Indem technische Anlagen, Infrastrukturen und Märkte nämlich aufeinander abgestimmt werden, entsteht ein integriertes Energiesystem. Strom-, Wärme- und Gasnetze sind miteinander gekoppelt. Mittels dieser Sektorenkopplung werden die Power-to-X-Technologien effizient genutzt. Dies sind die derzeit gängigsten Anwendungen:

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Power-to-X-Technologien im Überblick

Foto: KfW

Power-to-Heat (PtH)

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

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

Power-to-Gas (PtG)

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

Power-to-Liquid (PtL)

Das Verfahren, bei dem flüssige Kraft- und Brennstoffe mithilfe von Ökostrom erzeugt werden, nennt sich Power-to-Liquid. Zunächst wird dafür mittels Elektrolyse grüner Wasserstoff gewonnen. In einem zweiten Schritt wird Kohlendioxid oder -monoxid hinzugefügt. So entstehen synthetisches Methan oder synthetische Flüssigkraftstoffe (E-Fuels). Diese lassen sich leichter lagern und transportieren als gasförmige Stoffe und eignen sich auch wegen ihrer hohen Energiedichte als Treibstoff für Flugzeuge, Schiffe oder Lkw.

Power-to-Chemicals (PtC)

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

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

Power-to-Steam (PtS)

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

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

Power-to-Mobility (PtM)

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

Für viele moderne Unternehmen hat der Umstieg der Energieversorgung hohe Priorität: Durch modernisierte Anlagen und gezielte Investitionen in regenerative Stromerzeugung und -umwandlung können viele Prozesse beschleunigt, Kosten gespart und es kann insgesamt nachhaltiger und effizienter agiert werden.

Informieren Sie sich über staatliche Förderungen: KfW-Umweltprogramm (240, 241) | KfW. Weitere Informationen der KfW rund um das Thema nachhaltige Wärme finden Sie hier.

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