Mit urzeitlichen Mikroorganismen lässt sich Ökostrom in Gas verwandeln – und dann speichern


Soll die Energiewende ein Erfolg werden, braucht es gigantische Stromspeicher. Denn Sonne und Wind richten sich nicht danach, wann wir gerade ihre Kraft bräuchten und wann nicht. Neben Batterien gilt auch die Power-to-Gas-Technologie als möglicher Speicher der Zukunft. Darauf setzt auch das bayerische Start-up Electrochaea. Und holt sich Urzeitwesen als Verbündete.

Von Wolfgang Kerler

Archaeen mögen es ungemütlich. Sie gedeihen in heißen Quellen oder Geysiren. Selbst in kochendem Wasser fühlen sich manche von ihnen wohl. Und sie sind unauffällig. Weil sie Bakterien zum Verwechseln ähnlich sehen, bemerkte die Wissenschaft ihre Existenz erst Ende der 1970er Jahre. Dabei gelten die einzelligen Archaeen als älteste Lebensform des Planeten. Nun könnte ihr dreieinhalb Milliarden Jahre dauerndes Schattendasein endlich ein Ende haben. Denn Archaeen könnten einen entscheidenden Beitrag dazu leisten, die Energieversorgung der Menschen nachhaltig zu machen.

Davon ist jedenfalls Doris Hafenbradl überzeugt. Die promovierte Mikrobiologin ist technische Leiterin des Start-ups Electrochaea aus Planegg bei München. Und man könnte sagen, dass sie ihre Archaeen ins Herz geschlossen hat. Die verfügen schließlich über ganz besondere Eigenschaften. „Unsere speziellen Archaeen machen nichts anderes, als aus Wasserstoff und CO2 erneuerbares Methan herzustellen“, sagt Doris Hafenbradl im Gespräch mit 1E9. „Sie müssen das machen, denn so gewinnen sie ihre Energie.“

Die ursprünglich aus Island stammenden Archaeen, die Electrochaea nun züchtet, fressen also Wasserstoff und Kohlendioxid – und produzieren dabei Methan, den Hauptbestandteil von Erdgas. Das ist aus mehreren Gründen praktisch.

Wasserstoff lässt sich gewinnen, indem Wasser bei einer Elektrolyse mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Wird dabei erneuerbarer Strom genutzt, der sonst einfach ungenutzt verpuffen würde, lässt sich zumindest ein Teil seiner Energie im Wasserstoff speichern. Allerdings ist der schwer zu lagern und zu transportieren. Dieses Problem lässt sich lösen, indem er zusammen mit CO2 – wovon wir ohnehin zu viel in der Atmosphäre haben – zu Methan umgewandelt wird. Das Methan kann schließlich ins längst vorhandene Erdgasnetz eingespeist, über große Entfernungen geleitet und in Kavernen, also unterirdischen Lagerhöhlen, dauerhaft gespeichert werden.

Power to Gas: Aus überschüssigem Ökostrom wird Erdgas

Das Verfahren, Strom in Erdgas zu verwandeln, heißt Power to Gas. Oder kurz: P2G. Die Technologie hat einige Befürworter aus der Wirtschaft, der Wissenschaft, aber auch der Politik. Sie sehen darin einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz. Denn noch ist ein zentrales Problem der Energiewende in der Praxis ungelöst: Wind- und Sonnenkraft fällt nicht immer dann an, wenn sie gebraucht wird. Wird zu viel Strom produziert, der nicht nachgefragt wird, droht eine Überlastung des Netzes.

Um das zu verhindern, müssen Kraftwerke vom Netz. Windräder stehen still, obwohl sie grünen, klimaschonenden Strom liefern könnten. Für Abhilfe würden Energiespeicher sorgen, die den überschüssigen Ökostrom auffangen und für windstille, dunkle Tage aufheben können. Genau das wäre mit Power-to-Gas-Anlagen möglich. Das Gas wird zum Energiespeicher und kann später zum Heizen, als Treibstoff oder zur Stromerzeugung in Gaskraftwerken verwendet werden.

„Durch Power to Gas können Energieerzeugung und Energieverwendung örtlich und zeitlich komplett unabhängig voneinander stattfinden“, sagt Doris Hafenbradl. Aber: Auf diesen Zusammenhang ist nicht nur Elechtrochaea gekommen. Viele andere Unternehmen arbeiten ebenfalls an P2G-Technologie, auch in Deutschland. Sie setzen allerdings für die Methanisierung nicht auf biologische Urzeitwesen, sondern auf chemische Katalysatoren. Doch das habe gegenüber den Archaeen klare Nachteile, sagt zumindest die Electrochaea-Technikchefin. „Zum einen können wir auch unreines CO2 verwenden, das direkt aus Biogasanlagen, Brauereien oder auch der Zementindustrie kommt“, sagt sie. Anders als für Anlagen mit chemischen Katalysatoren müsse das Kohlendioxid also nicht aufbereitet werden. „Zum anderen ist unsere Technologie extrem flexibel.“

Während die Schwankungen des Ökostroms bei der chemischen Methanisierung zum Problem werden könnten, sei es den Mikroorganismen egal, wenn an manchen Tagen kein Wind weht – und daher kein Futter in Form von Wasserstoff gewonnen werden kann. „Unsere Archaeen halten das aus“, sagt Doris Hafenbradl. „Wenn wir sie füttern, dann machen sie Methan. Wenn wir sie nicht füttern, dann machen sie eben kein Methan. Sie warten dann einfach, bis wieder Wasserstoff und CO2 zugeführt werden.“

Kritikern geht zu viel Energie verloren

Die Technologie speichert Energie aus Ökostrom, bindet CO2, das sonst in der Atmosphäre gelandet wäre, und liefert Gas, das über eine bestehende Infrastruktur transportiert werden kann. Auch von den Windparks in Norddeutschland nach Bayern. Oder von Solarkraftwerken in Nordafrika nach Europa. Und trotzdem hat die Power-to-Gas-Technologie auch Kritiker. Die bemängeln insbesondere, dass im gesamten Prozess zu viel Energie verloren geht – vor allem in Form von Abwärme.

Im Schnitt verpuffte bei den vielen Testanlagen verschiedener Unternehmen bisher etwa die Hälfte der Energie, bevor daraus grünes Gas wird. Aber: Die Technologie macht Fortschritte. Wird die Abwärme schlau genutzt, kann der Wirkungsgrad auf 75, vielleicht sogar auf über 80 Prozent erhöht werden. In Methan, das mit einer Kilowattstunde Ökostrom hergestellt wurde, würde dann ein Brennwert von 0,8 Kilowattstunden stecken. Damit geht zwar immer noch mehr Energie verloren als beim Speichern in einer modernen Batterie. Doch Doris Hafenbradl sieht Gründe, dennoch auch auf Power to Gas zu setzen.

„Der Hauptunterschied zu Batteriespeichern ist, dass wir unendliche Speicherkapazität haben“, sagt sie. „Im Gasnetz inklusive der Kavernen lässt sich Energie für wenigstens drei Monate des gesamten Energieverbrauchs in Deutschland speichern. Das bedeutet, ich kann im Grunde so viel erneuerbare Energie produzieren, wie ich möchte, und alles speichern.“

Deutschland könnte den Anschluss verlieren

Dass keine der drei Electrochaea-Pilotanlagen hierzulande steht – sondern in Dänemark, der Schweiz und den USA –, hat seinen Grund: „In Deutschland können wir derzeit keine Anlage bauen, weil der Strom, den wir brauchen – und der ja gespeichert werden soll – wahnsinnig teuer ist“, sagt die Technikchefin. „Obwohl wir netzdienlich sind und obwohl wir eine Speichermöglichkeit für erneuerbare Energie bieten, die sonst einfach verloren gehen würde, zahlen wir beziehungsweise unsere Kunden den vollen Strompreis – inklusive aller Steuern und der EEG-Umlage. Dadurch wird es viel zu teuer, so eine Anlage zu betreiben.“

Selbst die fallenden Kosten für die Technologie können das nicht einfach ausgleichen. Außerdem wird der Preis für grünes Methan nicht subventioniert oder gefördert. Das erneuerbare Gas müsste daher auf dem Markt mit billigem, fossilem Erdgas konkurrieren. Die Rechnung geht, zumindest in Deutschland, noch nicht auf. Und: „Leider sehen wir in Deutschland derzeit keine politische Bewegung, die Lage zu verbessern“, sagt Doris Hafenbradl. Dennoch ist sie zuversichtlich, dass bald Märkte für kommerzielle P2G-Anlagen entstehen. „In Ländern und Regionen wie Dänemark, Belgien, Italien Kalifornien oder Oregon tut sich etwas.“

Den Archaeen aus Bayern dürfte es letztlich ziemlich egal sein, wo sie zum Einsatz kommen. Hauptsache sie haben es schön warum und bekommen Wasserstoff und CO2. Dann vermehren und erneuern sie sich von selbst. Pflegeleicht sind sie schließlich auch.

Titelbild: Mikroskop-Aufnahmen der Archaeen. Bild: Professor Andreas Klingl

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Ich bin kein Ingenieur - aber meine spontane Idee zu dem Archeen-Ansatz:
Warum nicht Solarenergie DIREKT als thermische Energie einbringen (65°C)?
Ich stelle mir analog zu klassischen SolarPanels schrägstehende flache Tanks vor, in denen die Archeen samt Nährlösung ständig temperaturgeregelt umgepumpt und mit anfallendem H (also, Wasserstoff natürlich) versorgt werden.
Damit würde der Zwischenschritt der Verstromung von Solarenergie entfallen und die tagsüber gewonnene Energie als Methan speicherbar.
Wie man hier im Ruhrpott fragt:
Wär datt nix?

Grüße aus Duisburg,

UBIK

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Danke dir für die interessante Frage @Ubik, die geben wir morgen gleich weiter an Doris Hafenbradl, die bei unserem „Reclaim the Future!“-Event um 19 Uhr zum Thema: „Speicher für die Energiewende: Warum Wind- und Solarkraft allein nicht reichen“ dabei sein wird.