Chemische Energiespeicher

Chemische Energiespeicher

Energie kann „stofflich“ gespeichert werden, indem Ökostrom mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt wird. Bei Bedarf können unter Zugabe von Kohlendioxid Methan oder längerkettige Kohlenwasserstoffe erzeugt werden. Zur Speicherung können Wasserstoff und Methan ins Erdgasnetz eingespeist werden. Für flüssige Kohlenwasserstoffe stehen große Tanklager zur Verfügung. Mit dem Power-to-Gas- bzw. Power-to-Liquids-Konzept können so riesige Energiemengen über beliebige Zeiträume in einer vorhandenen Infrastruktur gespeichert werden. Dieser Lösungsansatz bietet auch die Möglichkeit, das Stromnetz mit anderen Märkten intelligent und bidirektional zu verknüpfen.

Materialien zum Thema chemische Speicher

Unsere Expert*innen für chemische Speicher

ZSW-Forschungs-Elektrolyseanlage

Einweihung der „Power to gas“-Anlage

Elektrolyseanlage-Anlage des ZSW

Pluspunkte für Chemische Energiespeicher

  • Sie erlauben eine saisonale und abgesehen von Umwandlungsverlusten nahezu verlustfreie Speicherung von Energie.
  • Bei ihrer Herstellung wird überschüssiger Wind- und Sonnenstrom sinnvoll genutzt und speicherbar gemacht.
  • Sie können nachhaltige, CO2-neutrale Mobilität ermöglichen.
  • Sie verringern den Bedarf für den Ausbau des Stromnetzes.
  • Sie leisten einen Beitrag zur Netzstabilität und Bereitstellung von Regelenergie.
  • Ihre Speicherform ist unaufwändig, da das ohnehin vorhandene Erdgasnetz bzw. vorhandene Tanklager mit sehr großen Speicherkapazitäten genutzt werden können (210 TWh für Methan, 250 TWh für flüssige Kohlenwasserstoffe).
  • Die bestehenden Gastransport- und -verteilnetze sind mit einer Gesamtlänge von 510.000 km gut geeignet, sämtliche Energiesektoren bedarfsgerecht und flächendeckend zu versorgen.
  • Durch die bestehende Anbindung an das transeuropäische Transportsystem können große Energiemengen mit dem europäischen Ausland ausgetauscht werden

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für chemische Speicher allgemein

  • experimentelle und theoretische Untersuchung der Dynamik chemischer Speichersysteme
  • Verbesserung der Wirkungsgrade bei der Umwandlung
  • Wirtschaftlichkeitsanalysen
  • Kopplung mit bestehenden EE-Anlagen

Pluspunkte für erneuerbaren Wasserstoff

  • Durch Wasserelektrolyse kann z. B. aktuell nicht nutzbarer Wind- und Sonnenstrom chemisch als Wasserstoff gespeichert werden. Dieser kann dann zur netzunterstützenden  Rückverstromung und/oder als Kraftstoff eingesetzt werden.
  • Großmaßstäblich wird die elektrische Pufferung z. B. von Strom aus Off-Shore-Windkraftparks über die Elektrolyse und Wasserstoffspeicherung in Kavernen mit einer Verstromung in Gasturbinen ermöglicht.
  • Wasserstoff kann großmaßstäblich auch in konzentrierenden Solaranlagen über thermochemische Prozesse effzient hergestellt werden.
  • Erneuerbarer Wasserstoff kann fossilen Wasserstoff in heutigen Raffnerien und anderen Industrien ersetzen.
  • Erneuerbarer Wasserstoff kann direkt zum Antrieb von Brennstoffzellenfahrzeugen genutzt werden und verursacht keine CO2- oder verbrennungsbedingten Partikelemissionen.
  • Die derzeitige Brennstoffzellen-Fahrzeuggeneration hat eine ähnliche Reichweite wie Benziner.
  • Die Wasserelektrolyse benötigt keine aufwändige Verfahrenstechnik und produziert keinerlei unerwünschte Nebenprodukte.
  • Erneuerbarer Wasserstoff kann zu einem gewissen Teil (2-5 Vol.%) direkt ins Gasnetz eingespeist werden.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für erneuerbaren Wasserstoff

  • Senkung der Investitions- und Betriebskosten
  • Bereitstellung großtechnischer Lösungen zur Wasserelektrolyse, thermochemischen Wasserstoffproduktion und geologischen Speicherung (Salzkavernen) sowie für Transport und Verteilung (Pipeline)
  • Verbesserung der Betankungstechnologien und Aufbau eines fächendeckenden Tankstellennetzes
  •  Hinführung von Brennstoffzellenantrieben zu einem serienreifen Produkt für diverse mobile Anwendungen auf Straße, Schiene, zu Wasser und in der Luft
  • Ertüchtigung von Gasturbinen für den Betrieb mit Wasserstoff
  • Prozesse für die Erzeugung diverser Folgeprodukte für die Versorgung mit flüssigen Kraftstoffen und Chemikalien (Power-to-X)
  • Reversible Elektrolyse-/Brennstoffzellen-Technologien zur Senkung des Investitionsbedarfs
  • Speicherung von Wasserstoff über reversible Prozesse mit flüssigen organischer Hydriden (LOHC)
  •  Kopplung biologischer, chemischer und elektrochemischer Verfahren für die Erzeugung von höherwertigen Kohlenwasserstoffen

Methan und höhere Kohlenwasserstoffe

Methan ist als Hauptbestandteil von Erdgas einer der wichtigsten Energieträger für die Strom- und Wärmebereitstellung und Rohstoff für zahlreiche chemische Produkte.

Pluspunkte für Methan und höhere Kohlenwasserstoffe

  • Wasserstoff (H2) kann mit Kohlendioxid (CO2) in synthetisches Methan (CH4) umgewandelt werden, das dann fast unbegrenzt ins Erdgasnetz eingespeist werden kann.
  • Außerdem kann Wasserstoff auch in Methanol (CH3OH) oder andere füssige Energieträger umgewandelt werden, die sehr leicht handhabbar sind und dann für Mobilität, den Chemiesektor und für KWKAnwendungen zur Verfügung stehen.
  • Methan hat eine höhere Energiedichte als Wasserstoff.
  • Erneuerbares Methan kann als Antrieb von Erdgasautos mit bestehender Technologie genutzt werden. Das Erdgas-Tankstellennetz (ca. 900) ist gut ausgebaut. Erdgasfahrzeuge haben eine vergleichbare Reichweite wie Benziner und Diesel. Methan verursacht nahezu keine verbrennungsbedingten Partikelemissionen.
  •  Regeneratives Methan und regenerative flüssige Kohlenwasserstoffe können in einem postfossilen Zeitalter wichtige Mobilitätssektoren sicherstellen (Flug- und Schwerlastverkehr).
  • Durch biologische oder katalytische Methanisierung von Wasserstoff kann die strombasierte Erzeugung von Methan und höheren Kohlenwasserstoffen an bestehende Biomethananlagen gekoppelt und zum in situ Upgrading von Biogas genutzt werden.

Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Methan und höhere Kohlenwasserstoffe

  • Systemsimulation zur Bestimmung der wirtschaftlichen Größen von Methanisierungsanlagen und anderer chemischer Speichersysteme
  • Optimierung der Prozesssteuerung für Methanisierung
  • Integration in bestehende Infrastrukturen
  • Untersuchungen zur Optimierung und zum dynamischen Betrieb von Katalysatoren, Reaktoren und Prozessketten zur Umwandlung von Wasserstoff in Methan und höhere Kohlenwasserstoffe

Aktuelle Materialien

Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema „Chemische Speicher“. Eine komplette Übersicht über alle Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.

Artikel aus "Forschungspolitische Papiere des FVEE"

Empfehlungen des FVEE zur Weiterentwicklung der Nationalen Wasserstoffstrategie

Chemische Energiespeicher

Die Europäische Kommission hat im Herbst 2019 festgelegt, dass Europa bis spätestens 2050 klimaneutral werden soll, für Deutschland plant die…

IWES et al.: Roadmap Speicher

Chemische Energiespeicher

Speicherbedarf für erneuerbare Energien Speicheralternativen Speicheranreiz Überwindung rechtlicher Hemmnisse Bestimmung des Speicherbedarfs in Deutschland im europäischen Kontext und Ableitung von…

Artikel aus "Themenhefte"

Themen 2021: Mit Wasserstoff zur Klimaneutralität – von der Forschung in die Anwendung

Chemische Energiespeicher
Kostenfrei bestellen

Wasserstoff kann einen entscheidenden Beitrag für die dringend notwendige Klimaneutralität des Energiesystems leisten. Grüner Wasserstoff auf Basis von erneuerbaren Energien…

Wasserstoff als zentraler Baustein der Sektorenkopplung

Chemische Energiespeicher

Eine zentrale Herausforderung für das zukünftige CO2-neutrale Energiesystem ist, wie mit regenerativer Energie bei möglichst geringen Gesamtsystemkosten ein zu allen…

Erneuerbare Energie – Chancen einer industriellen Wertschöpfung in Europa

Chemische Energiespeicher

Chemische Energiespeicher als Wegbereiter zur Treibhausgasneutralität – Herausforderungen und Chancen

Chemische Energiespeicher

Der Stromsektor als Rückgrat der zukünftigen Energieversorgung

Chemische Energiespeicher

Artikel aus "Programmbroschüren"

Energiespeicher: elektrische, thermische und chemische Speicher sowie Speicherung im geologischen Untergrund

Chemische Energiespeicher

     

Forschungsziele 2019

Chemische Energiespeicher
Kostenfrei bestellen

Diese Broschüre informiert über die Forschungsthemen im FVEE zu: Energiebereitstellung Systemkomponenten Energienutzung Energiesystemgestaltung Außerdem finden Sie hier die Ziele des…

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Expert*innen

DBFZ

Dr. Peter Kornatz

DBFZ
Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH
Torgauer Str. 116, 04347 Leipzig
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DBFZ

Dr. Franziska Müller-Langer

DBFZ
Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH
Torgauer Str. 116, 04347 Leipzig
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DLR

Prof. Dr. Andreas Huber

DLR
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe, 51147 Köln
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DLR

Prof. Dr. Christian Sattler

DLR
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Linder Höhe, 51147 Köln
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Fraunhofer IEE

Dr. Ramona Schröer

Technologieentwicklung, Systemintegration
Fraunhofer IEE
Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik
Joseph-Beuys-Straße 8, 34117 Kassel
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Fraunhofer ISE

Dr. Christopher Hebling

Fraunhofer ISE
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Heidenhofstr. 2, 79110 Freiburg
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Fraunhofer ISE

Dr.-Ing. Achim Schaadt

Thermochemische Prozesse; Thermochemische Verfahren zur Wasserstofferzeugung, Power-to-Liquid
Fraunhofer ISE
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Heidenhofstr. 2, 79110 Freiburg
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Fraunhofer ISE

Dr. Tom Smolinka

Wasserstofferzeugung durch Wasserelektrolyse
Fraunhofer ISE
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Heidenhofstr. 2, 79110 Freiburg
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HZB

Prof. Dr. Roel van de Krol

Solare Brennstoffe
HZB
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Hahn-Meitner-Platz 1, 14109 Berlin
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IZES

Dr. Bodo Groß

IZES
Institut für ZukunftsEnergie- und Stoffstromsysteme gGmbH
Altenkesseler Straße 17, Geb. A1, 66115 Saarbrücken
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Jülich

Prof. Dr. Rüdiger-A. Eichel

Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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Jülich

Dr.-Ing. Thomas Grube

Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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Jülich

Prof. Dr.-Ing. Ralf Peters

Zukünftige Kraftstoffe
Jülich
Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich
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KIT

Prof. Dr.-Ing. Thomas Kolb

Gastechnologie, PtG
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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KIT

Prof. Dr.-Ing. Roland Dittmeyer

Strombasierte chemische Energieträger, PtL
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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KIT

Prof. Dr.-Ing. Peter Pfeifer

Dezentrale Synthese chemischer Energieträger, LOHC
KIT
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12, 76131 Karlsruhe
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UFZ

Prof. Dr. Falk Harnisch

Elektrobiotechnologie
UFZ
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
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UFZ

Dr. Sabine Kleinsteuber

mikrobielle Konversion, Bioraffinerien; Biologische Methanisierung
UFZ
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Permoserstraße 15, 04318 Leipzig
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Wuppertal Institut

Frank Merten

Systemanalyse
Wuppertal Institut
Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH
Döppersberg 19, 42103 Wuppertal
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ZAE Bayern

Dr. Matthias Rzepka

ZAE Bayern
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V.
Magdalene-Schoch-Straße 3, 97074 Würzburg
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ZAE Bayern

Maximilian Möckl

ZAE Bayern
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V.
Magdalene-Schoch-Straße 3, 97074 Würzburg
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ZSW

Dr. Ludwig Jörissen

ZSW
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Meitnerstraße 1, 70563 Stuttgart
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ZSW

Dr. Michael Specht

Strom, Kraftstoffe
ZSW
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Meitnerstraße 1, 70563 Stuttgart
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