Methanisierung von Wasserstoff als Speicher für Überschussenergie  

Schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien und fehlende Speicher 

Wind‑ und Solarenergie nehmen einen wachsenden Anteil am deutschen Strommarkt ein, unterliegen jedoch starken wetterbedingten Schwankungen. Dadurch entstehen im Stromnetz sowohl Überschüsse als auch Phasen der Unterversorgung. Stromspeicher könnten diese Schwankungen ausgleichen, stehen jedoch bislang nicht in ausreichendem Umfang zur Verfügung. Pumpspeicherkraftwerke können den Bedarf nicht vollständig abdecken, und auch Elektroautos eignen sich aufgrund ihres noch geringen Marktanteils bislang nicht als großskalige Speicher. Das Erdgasnetz hingegen bietet mit einer Speicherkapazität von rund 200 TWh ein Vielfaches der derzeit benötigten Speichermenge. 

Umwandlung von Strom in Methan über Wasserstoff 

Um überschüssige elektrische Energie im Erdgasnetz zu speichern, kann sie zunächst genutzt werden, um in einem elektrolytischen Prozess Wasser in Wasserstoff umzuwandeln. Anschließend wird dieser Wasserstoff biologisch zu Methan weiterverarbeitet. Diese Technik wurde bisher lediglich im Labormaßstab erprobt, wobei viele Einflussfaktoren und beteiligte Mikroorganismen noch wenig erforscht sind. Das Projekt der Hochschule Offenburg untersuchte daher den Prozess der biologischen Methanisierung im Detail und analysierte, inwieweit sich Wasserstoff als Cosubstrat für Biogasanlagen eignet. 

Biogas entsteht in einer anaeroben Prozesskette, bei der aus Substraten wie Energiepflanzen, Grünschnitt oder Abfallstoffen zunächst Kohlendioxid und Wasserstoff und schließlich Methan gebildet werden. Da Rohbiogas jedoch noch hohe CO₂‑Anteile enthält, ist eine aufwändige Aufbereitung erforderlich. Durch die gezielte Zugabe von zusätzlichem Wasserstoff aus Überschussstrom kann auch dieses Kohlendioxid in Methan umgewandelt werden. 

Optimierung der in‑situ‑Methanisierung und Einsatz in Biogasanlagen 

Um dieses bisher nur im Labormaßstab erprobte Verfahren der in‑situ‑Methanisierung weiterzuentwickeln, erforschten die Offenburger Wissenschaftler verschiedene Möglichkeiten, Wasserstoff so in den Vergärungsprozess einzubringen, dass er optimal von den beteiligten Mikroorganismen, den Archaeen, verwertet wird, ohne diese zu schädigen. Dabei wurden verfahrenstechnische, mikrobiologische, chemische und physikalische Aspekte analysiert. 

Ziel der Hochschule war die Entwicklung eines Moduls, das nach einer Maßstabsübertragung in rund 7.000 deutschen Biogasanlagen integriert werden könnte. Das Projekt will damit zur Lösung zweier Herausforderungen beitragen: Es will große Speicherkapazitäten für überschüssige erneuerbare Energie schaffen und gleichzeitig die ökologische und ökonomische Effizienz von Biogasanlagen steigern, da weniger Substrat benötigt wird und die aufwändige Aufbereitung des Biogases vor der Einspeisung ins Erdgasnetz entfallen kann.