Schematische Darstellung der Sektorkopplung vor ländlichem Hintergrund
Die Nutzung erneuerbarer Energien aus dem Stromsektor für die Dekarbonisierung aller Sektoren birgt ein enormes ökologisches und und ökonomisches Potenzial.
Energie
6 min

Power-to-X Das Wasserstoffzeitalter beginnt

Die Sektorkopplung anhand von grünem Wasserstoff wird wesentlicher Bestandteil einer erneuerbaren Energiezukunft sein.

In einer von fossilen Energieträgern dominierten Ökonomie wurde die Dekarbonisierung von Sektoren wie Industrie, Energie, Heizung, Erdgas oder Mobilität bis dato größtenteils separat betrieben. Damit das Nullemissionsziel bis Mitte des Jahrhunderts erreicht werden kann, müssen diese isolierten Sektoren integriert bzw. gekoppelt werden, um Strom aus regenerativen Quellen für die Dekarbonisierung aller Sektoren nutzen zu können.

Diese sogenannte Sektorkopplung ist ein wesentliches Element der Energiewende. Die damit einhergehende Verwischung der Grenzen zwischen den einzelnen Sektoren wird noch wichtiger, wenn die installierte Leistung der erneuerbaren Energiequellen weiter ansteigt. Die Nutzung erneuerbarer Energien aus dem Stromsektor für die Dekarbonisierung aller Sektoren birgt ein enormes ökologisches und ökonomisches Potenzial: Durch die mit der Elektrifizierung verbundenen Effizienzsteigerung kann über die Sektorkopplung der Verbrauch an primärer fossiler Energie um bis zu 50 % reduziert werden. Da gleichzeitig der Strombedarf um 25 % ansteigt, könnte sich der Stromsektor als Rückgrat der gesamten Energieversorgung erweisen.

Grafik Sektorkopplung
Damit das Nullemissionsziel bis Mitte des Jahrhunderts erreicht werden kann, müssen die isolierten Sektoren integriert bzw. gekoppelt werden, um Strom aus regenerativen Quellen für die Dekarbonisierung aller Sektoren nutzen zu können.

Von Elektromobilität zu e-Fuels

Elektromobilität, d. h. die direkte Nutzung von elektrischer Energie über Batterien, wird derzeit in zahlreichen Ländern propagiert, primär für den Automobilsektor. Ohne Zweifel handelt es sich hierbei um einen bedeutenden disruptiven Trend. Ebenso wahr ist aber auch, dass die Elektromobilität nicht die Antwort für die Zukunft des Schwerlastverkehrs oder der Schiff- und Luftfahrt sein dürfte. In diesen Sektoren werden die fossilen Energieträger vermutlich nach und nach durch e-Fuels ersetzt, synthetische Kraftstoffe, die aus erneuerbaren Quellen erzeugt werden und eine hohe Energiedichte aufweisen.

E-Fuels sind ähnlich zusammengesetzt wie konventionelle Kraftstoffe und können mit diesen gemischt werden. So kann der Kohlenstoffgehalt dieses Gemischs allmählich verringert werden, ohne dass die Fahrzeuge oder die Logistikinfrastruktur für die Kraftstoffversorgung umgebaut werden müssen. Der Übergang von einer fossilen zu einer im Wesentlichen CO2-neutralen Welt kann damit reibungslos erfolgen und sofort in Angriff genommen werden.

„Alleskönner" Wasserstoff

Die herkömmliche Methode zur Wasserstoffherstellung ist die Dampfreformierung. Dabei reagiert der Dampf mit Erdgas zu Syngas, einem Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Bei diesem Prozess wird CO in CO2 umgewandelt, das meist an die Atmosphäre abgegeben wird. Es entsteht Wasserstoff auf Basis fossiler Energieträger mit erheblichen CO2-Emissionen. Im Gegensatz dazu verläuft die Produktion von e-Wasserstoff mittels Wasserelektrolyse unter Verwendung von regenerativ erzeugter Energie von Anfang an komplett CO2-frei. Wasserstoff lässt sich einfach speichern und entweder direkt als Kraftstoff für Mobilitätsanwendungen oder als Ausgangsstoff für verschiedene Industriezweige nutzen. Mittels Synthese mit Kohlendioxid (aus nicht vermeidbaren Industrieemissionen oder durch direkte Abscheidung von atmosphärischem CO2) kann Wasserstoff in synthetische, nachhaltige e-Fuels wie e-Methanol, e-Methan, e-Diesel, e-Kerosin und andere kohlenstoffbasierte chemische Verbindungen umgewandelt werden. Eine weitere Anwendung ist die Erzeugung von e-Ammoniak aus e-Wasserstoff und Stickstoff.

Grafik Siemens Re-electrification package

Reibungsloser Übergang von einer fossilen in eine dekarbonisierte Welt

In einer größtenteils dekarbonisierten Welt wird mit e-Wasserstoff eine Option für die langfristige, saisonale Power-to-Power-Speicherung in großindustriellem Maßstab bereitstehen. Dabei wird die Rückumwandlung in elektrischen Strom in H2-fähigen Gasturbinen, Motoren oder Brennstoffzellen erfolgen, um auch bei einer geringen regenerativen Energieerzeugung (z. B. bei wenig Wind) eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten.

Power-to-X ermöglicht den reibungslosen Übergang von einer fossilen in eine dekarbonisierte Welt mit kontinuierlich sinkenden Emissionswerten, da e-Fuels fossilen Kraftstoffstoffen beigemischt werden können, um so den CO2-Fußabdruck insgesamt zu verkleinern. Ein stetig wachsender Anteil an nachhaltig erzeugten Kraftstoffanteilen ermöglicht den allmählichen Übergang bis hin zum vollständigen Ersatz fossiler Kraftstoffe als primäre Energiequelle und Ausgangsstoff für Transport, Industriestrom- und Wärmeversorgung.

Lesen Sie mehr über Power-to-X in hi!tech 1/20!

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