Das Projekt, das in Karlsruhe koordiniert wird, ist von der EU gefördert und trägt die Bezeichnung „Helmeth“. Mit diesem neuen Prozess gelang es zu zeigen, dass Hochtemperaturelektrolyse und Methanisierung als gemeinsamer Power-to-Gas-Prozess mit einem Wirkungsgrad von mehr als 75 Prozent im Technikumsmaßstab möglich sind. „Wir haben die Synergien zwischen Elektrolyse und Methanisierung erstmals konsequent ausgenutzt und so einen Wirkungsgrad erreicht, der rund 20 Prozentpunkte über dem der Standardtechnologien liegt“, erklärt Dimosthenis Trimis vom KIT, Koordinator des EU-Projekts. „Dank der breiten disziplinären Basis unseres Forschungsverbunds konnten wir zur gesellschaftlichen Herausforderung Energiewende einen markanten Mosaikstein beitragen.“

Der Prototyp von „Helmeth“, der in etwa in zwei gängige 20-Fuß-Seefrachtcontainer passt, erreichte bei den finalen Messungen einen Wirkungsgrad von 76 Prozent, was auf einen Wirkungsgrad im Industriemaßstab von 80 Prozent hoffen lässt. Konventionelle Power-to-Gas Industrieanlagen setzen dagegen bis dato nur rund 54 Prozent der elektrischen Energie erneuerbaren Stroms in chemische Energie des Brennstoffes Methan um. Doch der Wirkungsgrad wäre nichts wert ohne eine Überprüfung der Klimabilanz, de facto also der Wirtschaftlichkeit. Parallel zur grundsätzlichen Erforschung des Prozesses wurde „Helmeth“ daher Studien zur Wirtschaftlichkeit und Klimabilanz unterzogen. „Mit so hohen Wirkungsgraden macht die Power-to-Gas-Technologie einen großen Schritt hin zur Wirtschaftlichkeit“, bestätigt Trimis das zufriedenstellende Ergebnis.

Ohne Einschränkungen einspeisefähig

Großes Potenzial, das im KIT nun gehoben wurde, lag in der optimalen Nutzung der Prozesswärme aus der Methanisierung, um etwa den Wärmebedarf bei der verwendeten Elektrolysetechnologie zu decken. Das erzeugte Erdgassubstitut enthielt letztlich stets eine Wasserstoffkonzentration, die kleiner als zwei Volumenprozent ist. Dieses Gas wäre somit in das gesamte deutsche Erdgasnetz ohne Einschränkungen einspeisefähig.

Das Projekt „Helmeth“ lief fast vier Jahre und mit einem Budget von rund 3,8 Millionen Euro. Das Projekt wurde mit 2,5 Millionen Euro aus dem European Union’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013) for the Fuel Cells and Hydrogen Joint Technology Initiative gefördert. „Helmeth“ steht als Akronym für „Integrated High-Temperature ELectrolysis and METHanation for Effective Power to Gas Conversion“. Projektpartner sind neben dem KIT die Universität Turin und TU Athen, die Firmen Sunfire GmbH und EthosEnergy Italia SPA sowie das European Research Institute of Catalysis ERIC und der DVGW–Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V.