Power-to-X

Power-to-X bezeichnet verschiedene Technologien zur Speicherung bzw. anderweitigen Nutzung von Stromüberschüssen in Zeiten eines (zukünftigen) Überangebotes variabler erneuerbarer Energien wie Solarenergie, Windenergie und Wasserkraft. Ebenfalls üblich sind die Bezeichnungen P2X bzw. P2Y, wobei P die über dem Bedarf liegenden temporären Überschüsse bezeichnet und das X bzw. Y die Energieform oder den Verwendungszweck, in den die elektrische Energie gewandelt wird. Analog dazu findet auch die Abkürzung PtX Verwendung.

Überblick über verschiedene Ausgangsstoffe, Prozesse und Produkte von PtX-Anwendungen. Power-to-Heat nicht abgebildet

Die verschiedenen Power-to-X-Technologien sind essentiell für die Sektorenkopplung und werden als zentraler Baustein eines vollständig erneuerbaren Energiesystems betrachtet.

Zweck

→ Hauptartikel: Sektorenkopplung

Power-to-X stellt als bedeutende Flexibilitäts- und Sektorkopplungstechnologie einen zentralen Baustein von 100 % erneuerbaren Energiesystemen dar. Unter anderem ermöglicht Power-To-X die Herstellung verschiedener Kraft- und Treibstoffe für die Langfristspeicherung, den Flug- und Schiffsverkehr, sowie von Chemikalien für die chemische Energie und ermöglicht es damit unter anderem, den Einsatz von Bioenergie und weiteren pflanzlichen Rohstoffen gering zu halten.

Die Technologien dienen insbesondere zur stärkeren Vernetzung von Strom-, Wärme- und Mobilitätssektor mittels Sektorenkopplung. In Zeiten, in denen nicht genügend Erneuerbare Energien zur Verfügung stehen, kann bei manchen dieser Technologien eine Rückumwandlung in Elektrizität erfolgen. Bei anderen wie z. B. Power-to-heat steht hingegen der Ersatz fossiler Brennstoffe an anderer Stelle im Vordergrund, sodass die Emissionsminderung hier indirekt, z. B. über den Wärmesektor, erfolgt.

Für die Umstellung des gesamten Energieversorgungssystems auf 100 Prozent erneuerbare Energien im Rahmen der aus Klimaschutzgründen notwendigen Dekarbonisierung sind wegen der Fluktuation bestimmter erneuerbarer Energien und zur Versorgung des Wärme- und Mobilitätssektors Power-to-X-Technologien erforderlich. Grund hierfür ist, dass es mit weiter steigendem Anteil erneuerbarer Energien in Zukunft zu Stunden kommen wird, in denen die Einspeisung den Bedarf übersteigt, während bei schwacher Wind- und Solarstromproduktion Energiespeicher einspringen müssen, um die Nachfrage zu decken.

Energieeffizienz und Priorisierung im Energiesystem

Autoantriebe im Vergleich

Abhängig davon, wie die konkreten Wandlungsketten aussehen, können teils sehr hohe Wandlungsverluste anfallen, beispielsweise bei der Herstellung von Wasserstoff oder E-Fuels aus elektrischer Energie. Daher wird in der Fachliteratur bei Sektorenkopplung und Power-to-X eine klare Priorisierung verschiedener Einsatzzwecke gemäß Wandlungseffizienz für wichtig gehalten. Demnach sollte überall dort, wo dies möglich ist, elektrischer Strom direkt genutzt werden, beispielsweise mit Wärmepumpen und Elektroautos. Erst dort, wo eine Elektrifizierung nicht möglich ist, sollte Wasserstoff verwendet werden. Wasserstoff-zu-X-Technologien wie z. B. E-Fuels oder weitere Chemikalien auf Wasserstoffbasis sollten hingegen nur dort eingesetzt werden, wo es keine andere Möglichkeit gibt. Insgesamt gilt, dass die Nutzung zukünftiger Ökostromüberschüsse zum Betrieb von Wärmepumpenheizungen, vor allen Power-to-X-Konzepten, vor der Nutzung zum Betrieb von Elektrofahrzeugen und der direkten Stromspeicherung, den größten Nutzen in Bezug auf eine Treibhausgasreduktion und Einsparung fossiler Energieträger hat.

Einteilung

Power-to-X-Technologien lassen sich sowohl nach entstehenden Energieformen als auch nach Verwendungszweck einteilen; dabei sind Überschneidungen möglich:

Nach Energieform

• Power-to-Gas (PtG)
• Power-to-Heat (PtH)
• Power-to-Liquid (PtL)

Nach Verwendungszweck

• Power-to-Ammonia
• Power-to-Chemicals
• Power-to-Fuel
• Power-to-Power
• Power-to-Protein
• Power-to-Syngas

Beispiele

• PtX-Zentrum Lausitz

Siehe auch

• Energiewende
• Energiewende nach Staaten
• Grüner Wasserstoff
• Methanolwirtschaft
• V2G (Vehicle to grid), vom Elektrofahrzeug zurück in das Stromnetz

Literatur

• André Sternberg, André Bardow, Power-to-What? – Environmental assessment of energy storage systems. In: Energy and Environmental Science 8, (2015), 389–400, S. 398f, doi:10.1039/c4ee03051f.
• Peter D. Lund et al., Review of energy system flexibility measures to enable high levels of variable renewable electricity. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 45, (2015), 785–807, doi:10.1016/j.rser.2015.01.057.
• Severin R. Foit, Izaak C. Vinke, Lambertus G. J. de Haart, Rüdiger-A. Eichel: Power-to-Syngas: An Enabling Technology for the Transition of the Energy System?. In: Angewandte Chemie International Edition. 56, 2017, S. 5402, doi:10.1002/anie.201607552.

Einzelnachweise

1. Vgl. Peter D. Lund et al., Review of energy system flexibility measures to enable high levels of variable renewable electricity. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 45, (2015), 785–807, doi:10.1016/j.rser.2015.01.057.
2. Severin R. Foit et al.: Power-to-Syngas: An Enabling Technology for the Transition of the Energy System? In: Angewandte Chemie International Edition. Band 56, Nr. 20, 2017, S. 5402–5411, doi:10.1002/anie.201607552. 
3. Christian Breyer et al.: On the History and Future of 100% Renewable Energy Systems Research. In: IEEE Access. Band 10, 2022, S. 78176–78218, doi:10.1109/ACCESS.2022.3193402. 
4. Michael Sterner, Fabian Eckert, Martin Thema, et al. FENES (Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher): (PDF) (Nicht mehr online verfügbar.) In: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. 2014, archiviert vom Original am 11. Januar 2015; abgerufen am 11. Januar 2015. 
5. Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und "cw" (www.energiezukunft.eu): (Nicht mehr online verfügbar.) In: www.energiezukunft.eu. 13. März 2014, archiviert vom Original am 11. Januar 2015; abgerufen am 11. Januar 2015. 
6. Antje Wörner: Zukünftige Speicher- und Flexibilitätsoptionen durch Power-to-X. (PDF) In: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt. 12. März 2014, abgerufen am 11. Januar 2015. 
7. André Sternberg, André Bardow, Power-to-What? – Environmental assessment of energy storage systems. In: Energy and Environmental Science 8, (2015), 389–400, S. 398f, doi:10.1039/c4ee03051f.
8. Chemieanlagen könnten als Stromspeicher und Puffer dienen. Ingenieur.de. Abgerufen am 11. Februar 2015.
9. Bastian Molitor, Akanksha Mishra, Largus T. Angenent: Power-to-protein: converting renewable electric power and carbon dioxide into single cell protein with a two-stage bioprocess. In: Energy & Environmental Science. Band 12, Nr. 12, 2019, ISSN 1754-5692, S. 3515–3521, doi:10.1039/C9EE02381J. 

Power-to-X-Technologien zur Sektorenkopplung

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