Forschungsergebnisse

Ein klimaneutrales Energiesystem in Europa könnte nach einer Studie der TU Berlin weitgehend auf direkter Elektrifizierung basieren. Für die wenigen Anwendungen, die sich auch künftig nicht sinnvoll elektrifizieren lassen – etwa in der Schifffahrt, Teilen der Chemieindustrie oder zur Absicherung langer Dunkelflauten –, sprechen sich die Forschenden dafür aus, statt auf Wasserstoff verstärkt auf Methanol zu setzen. Nach ihren Berechnungen wären die Gesamtsystemkosten nur geringfügig höher, während Methanol deutliche Vorteile bei Transport, Speicherung und Infrastruktur bietet.

Die Studie „A minimal methanol backstop for high-electrification scenarios“, die im Fachmagazin Joule erschienen ist, untersucht, wie sich Europa kosteneffizient klimaneutral mit Energie versorgen kann. Das Ergebnis: Anders als noch vor wenigen Jahren angenommen, lassen sich inzwischen deutlich mehr Bereiche direkt elektrifizieren– etwa durch batterieelektrische Lastwagen oder elektrische Lösungen für die Wärmebereitstellung.

Damit fallen viele Anwendungsfälle für Wasserstoff weg. Chemische Energieträger werden damit nur noch dort benötigt, wo eine direkte Elektrifizierung technisch kaum möglich ist – also zum Beispiel in der internationalen Schifffahrt, im Flugverkehr, bei Teilen der chemischen Industrie sowie in Backup-Kraftwerken, die während längerer Dunkelflauten die Stromversorgung absichern. In diesen Bereichen werden eher flüssige Brennstoffe wie Methanol oder Kerosin mit hoher Energiedichte benötigt als Wasserstoff.

Methanol-Infrastruktur lässt sich flexibler aufbauen
„Derzeit wird in Deutschland ein großes Wasserstoffnetz geplant“, sagt Prof. Dr. Tom Brown, Leiter des Fachgebiets „Digitale Transformation in Energiesystemen“ an der TU Berlin. „Es ist jedoch wahrscheinlich, dass die Nachfrage nach Wasserstoff in der Zukunft hierbei deutlich überschätzt wurde. Mit Methanol statt Wasserstoff könnte man die Infrastruktur wesentlich flexibler an die tatsächliche Nachfrage anpassen.“ Denn während Wasserstoff wegen seiner kleinen Molekülgröße und seiner geringen Dichte lange Pipelines und unterirdische Speicher erfordert, lässt sich flüssiges Methanol mit vergleichsweise geringem Aufwand per Schiff, Bahn, Lkw oder in alten Öl-Pipelines transportieren und in Tanks lagern. Nach Einschätzung von Tom Brown und seinem Team macht diese Flexibilität den Aufbau einer neuen Infrastruktur deutlich einfacher und verringert das Risiko kostspieliger Fehlinvestitionen.

Geringe Mehrkosten von Methanol – dafür mehr Flexibilität
Die Modellrechnungen, die mit Hilfe der von Tom Browns Forschungsgruppe entwickelten Software „PyPSA“ durchgeführt wurden, zeigen, dass ein Energiesystem mit einem minimalen „Methanol-Backup“ lediglich rund 2,4 Prozent höhere Gesamtsystemkosten verursacht als ein Szenario, das für die verbleibenden Anwendungen auf Wasserstoff oder Methan setzt. Nach Ansicht der Forschenden werden diese geringen Mehrkosten jedoch durch Vorteile ausgeglichen, die sich in den Modellen bislang nur teilweise abbilden lassen – etwa den flexibleren Ausbau der Infrastruktur, der sich je nach Entwicklung anpassen lässt, und die einfachere Speicherung des Energieträgers. Die Forschenden sehen ihre Ergebnisse auch als Beitrag zur aktuellen energiepolitischen Debatte. Aus ihrer Sicht sollte der Ausbau der Elektrifizierung weiterhin höchste Priorität haben. Nachhaltig erzeugtes Methanol sollte dort eine wichtige Rolle übernehmen, wo elektrische Lösungen an technische Grenzen stoßen.

Zusätzliche Informationen:
Studie „A minimal methanol backstop for high-electrification scenarios“ im Fachmagazin Joule: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435126001480?via%3Dihub

Blog post „A world without gas infrastructure“: https://nworbmot.org/blog/world-without-gas.html

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Prof. Dr. Tom Brown
Fachgebiet Digitale Transformation in Energiesystemen
Fakultät III Prozesswissenschaften
Technische Universität Berlin
Tel.: +49 (0) 30 314 22 890
E-Mail: t.brown@tu-berlin.de