Power-to-X: Erneuerbaren Strom vielseitig nutzen

Der Begriff Power-to-X (auch: Power2X) beschreibt alle Technologien, die aus Wind- oder Solarstrom andere Energieformen oder Produkte erzeugen. Neben Wärme (Power-to-Heat) ist das vor allem grüner Wasserstoff (Power-to-Gas). Dieser kann wiederum die Grundlage für Methanol, Ammoniak, Kraftstoffe oder andere Chemikalien sein, die bisher aus fossilen Rohstoffen erzeugt werden. So können Industrieunternehmen ihre Produkte und Prozesse konsequent klimafreundlich gestalten.

INHALT:

Das X steht stellvertretend für die verschiedenen Produkte und Energieformen, die sich mit Strom herstellen lassen. Da sich viele Produkte ihrerseits weiterverarbeiten lassen, kann man die Liste nahezu endlos fortsetzen.

Die wichtigsten Power-to-X-Formen sind:

• Power-to-Heat: Erzeugung von Wärme aus Strom, zum Beispiel mit einem Elektrodenkessel oder einer Wärmepumpe. 
• Power-to-Gas: Erzeugung von Gas aus Strom, in aller Regel ist damit die Erzeugung von (grünem) Wasserstoff per Elektrolyse gemeint, es kann aber auch die Weiterverarbeitung zu Methan beinhalten.
  
• Power-to-Liquid: Überbegriff für die Erzeugung von Flüssigkeiten (zum Beispiel Kraftstoffe) aus Strom. Wasserstoff ist dabei ein Zwischenprodukt.
• Power-to-Fuel: Erzeugung von Kraftstoffen aus Strom, zum Beispiel Kerosin (siehe Power-to-Liquid)
• Power-to-Ammonia: Erzeugung von Ammoniak aus Strom, auch hier ist Wasserstoff ein Zwischenprodukt.
• Power-to-Chem: Überbegriff für die Herstellung von Chemie-Grundstoffen aus Strom.

Für nahezu alle aus dem Wasserstoff hergestellten Produkte wird zusätzlich Kohlenstoff benötigt, der aus CO2 gewonnen wird. Eine Ausnahme ist Ammoniak: Hier kommt Stickstoff zum Einsatz. Dieser wird aus der Luft gewonnen, die zu fast 80 Prozent aus Stickstoff besteht.

Damit Power-to-X einen Vorteil für Klimaschutz und Umwelt hat, müssen verschiedene Bedingungen erfüllt sein:

• ausschließlich Einsatz erneuerbarer Energien
• ausreichende Erzeugung erneuerbarer Energien (keine Konkurrenz zu anderen Nutzungen)
• CO2 (sofern benötigt) aus nachhaltigen Quellen, z.B. Biogas
• möglichst gute Ausnutzung der Nebenprodukte (Sauerstoff, Wärme)
• nachhaltige Wassernutzung/keine Ausbeutung knapper Ressourcen

Wird Power-to-X mit Strom aus fossilen Energien betrieben, ist durch die relativ hohen Umwandlungsverluste klima- und umweltschädlicher als die jeweiligen konventionellen Technologien.

Nicht nur die Energieversorgung vieler Industrieprozesse basiert auf Erdöl, Erdgas und Kohle. Fossile Kohlenwasserstoffe sind auch die Rohstoffe für viele Produkte oder werden im Verarbeitungsprozess benötigt.

Produkte, die sich mit Power-to-X ohne fossile Energieträger herstellen lassen, sind zum Beispiel:

• Kunststoffe aus synthetischem Methanol
• Düngemittel aus synthetischem Ammoniak
• Einsatz von Wasserstoff statt Koks oder Erdgas für die Gewinnung von Eisen aus Eisenerz (Reduktionsmittel)

Die einfachste und bisher am weitesten verbreitete Power-to-X-Technologie ist die Erzeugung von Wärme (Power-to-Heat). Das kann bei kleinen Projekten mit einer Widerstandsheizung geschehen, bei größeren mit einem Elektrodenkessel.

Deutlich effizienter ist die Wärmeerzeugung mit einer Wärmepumpe.

Grüner Wasserstoff ist für die Energiewende eine wichtige Zukunftstechnologie.

Er hat folgende Funktionen:

• Bereitstellen von Flexibilität: Elektrolyseure nehmen Wind- und Solarstrom auf, wenn viel davon produziert wird
• Langzeitspeicher für Energie
• Transport großer Energiemengen über lange Strecken per Pipeline
•  Zwischenprodukt für viele Power-to-X-Technologien

Verschiedene Energiewende-Szenarien unterscheiden sich stark in ihrem Wasserstoff-Bedarf. Grundsätzlich gilt: Die direkte Elektrifizierung ist in der die effizientere Technologie. Wo dies aus verschiedenen Gründen nicht möglich ist und auch andere Technologien wie Solarthermie oder Abwärmenutzung nicht zum Ziel führen, muss Wasserstoff zum Einsatz kommen.

Weitgehend leicht zu elektrifizierende Technologien sind:

• Raumheizung und Warmwasser (Wärmepumpe, auch: Solarthermie)
• Pkw-Verkehr

Schwer zu elektrifizierende Technologien sind:

• Schiffsverkehr
• Flugverkehr

Gar nicht zu elektrifizierende Technologien sind Anwendungen, in denen die Wasserstoffmoleküle selbst benötigt werden:

• Stahlerzeugung
• Ammoniakerzeugung
• Methanolerzeugung

Stärken: Power-to-X-Technologien ermöglichen eine klimaneutrale Industrie. Sie sind eine Alternative zu fossilen Rohstoffen und zur begrenzten Ressource Biomasse. Die laufenden Kosten für die eigentliche Energieerzeugung sind gering, sodass die Kosten des Produkts oder der Energie für lange Zeit planbar sind.

Schwächen: Im Vergleich zur direkten Elektrifizierung (z.B. in der Mobilität) ist die Effizienz von Power-to-X gering, da es viele verlustbehaftete Umwandlungen gibt. Für jeden Umwandlungsschritt (z.B. Elektrolyse, CO2-Abscheidung, Methanerzeugung) sind zudem Investitionen nötig, die bisher eine Förderung der meisten Anwendungen nötig machen.

Chancen: Power-to-X reduziert die Abhängigkeit von importierten fossilen Energieträgern und steigert die lokale Wertschöpfung. Deutschland hat zudem die Chance, einen Technologievorsprung zu erzielen und Anlagentechnik zu exportieren. Insofern sind Power-to-X und grüner Wasserstoff wirtschaftliche Chancen für die deutsche Industrie.

Risiken: Es besteht das Risiko, dass Länder mit günstigerem Erneuerbare-Energien-Strom auch Power-to-X-Technologien günstiger betreiben können. Das ist ein Risiko für Industrien in Deutschland (z.B. Düngemittelindustrie). Außerdem besteht die Gefahr, dass der Ausbau der Erneuerbaren Energien in Deutschland nicht schnell genug vorangeht, um den steigenden Strombedarf zu decken.

Es gibt noch einige Herausforderungen zu lösen, bis Power-to-X in Deutschland zu einer verbreiteten Technologie wird. Doch es ist eine Zukunftstechnologie und es gilt, nun einzusteigen, um die Chancen nicht zu verpassen.

Autorin: Eva Augsten