Wie alle grossen Veränderungen ist auch die Energiewende im Detail kompliziert. Ein Beispiel: Erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windenergie produzieren heute schon bedeutend billigere Energie als Atomkraftwerke. Speichern lässt sich diese Energie bisher aber nur sehr teuer. Deshalb arbeiten Forscherteams weltweit an Konzepten, erneuerbare Energie möglichst effizient und günstig zu speichern.

Ein Forscherteam des IET Institut für Energietechnik der OST hat seit 2017 zusammen mit weitern Partnern, insbesondere der EPFL, an der Hochtemperatur-Elektrolyse gearbeitet, um die Umwandlung von Strom in Methan effizienter zu machen. Das angepeilte Ziel war, den Gesamtwirkungsgrad der Umwandlung von aktuell 50% auf 70% bei einer Anlage im industriellen Massstab zu erhöhen. «Das bedeutet, dass 70 Prozent des investierten Stroms im Methan gespeichert werden können», erklärt Projektleiter Luca Schmidlin vom IET.

Hoher Wirkungsgrad für industrielle Produktion

Gemessen wurde diese signifikante Steigerung in der Power-to-X-Forschungsanlage des IET in Rapperswil-Jona. Der Prototyp der Hochtemperatur-Elektrolyse, geliefert durch die EPFL und basierend auf Technologie von SolydEra , wurde hier im Demonstrationsmassstab (rund 15 kW) mit einer in der Industrie üblichen PEM-Elektrolyse verglichen, beide in Kombination mit der einer katalytischen Methanisierung. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Elektrolysetechnologien ist, dass die Hochtemperatur-Elektrolyse stark erhitzten Wasserdampf als Ausgangsstoff nutzt, während die PEM-Elektrolyse flüssiges Wasser verwendet.

Kern der neuartigen Demonstrationsanlage ist, dass die für die Dampfherstellung benötigte Energie von der nachgeschalteten Methansynthese anfallenden Reaktionswärme stammt. Dabei wird die anfallende Wärme sinnvoll genutzt anstatt sie als Verlust entweichen zu lassen. Erste Vergleiche zwischen den beiden Betriebsarten zeigen, dass dank der neuen Technologie der Betrieb um satte 25 Prozentpunkte effizienter war. Dem angepeilten Ziel, den Gesamtwirkungsgrad der Power-to-Gas-Umwandlung (Stromspeicherung in Form von Methan) von aktuell 50% auf 70% zu erhöhten, steht das Projektteam demnach sehr nahe. Die Versuche werden in der ersten Jahreshälfte 2023 mit einer frisch revidierten Anlage wiederholt. Gelingt es, die Ergebnisse zu bestätigen, ist ein wichtiger Schritt für die Speicherung von erneuerbarerer Energie geschafft. «Dank der Ausführung unserer Forschungsplattform als industrienahe Demonstrationsanlage lassen sich die Ergebnisse 1:1 auf industrielle Grossanlagen übertragen», erklärt Schmidlin. So wird es möglich, beispielsweise synthetisches Erdgas im industriellen Massstab zu produzieren. 

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