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Klar in die Zukunft

Kategorie: Leben
 Ausgabe_6_2018 - 21.06.2018

Text:  Andreas Walker

Fossile Energieträger und Atomkraft sollen nach und nach durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Kombiniert mit Solar- und Windenergie ermöglicht Methanol eine echte Kreislaufwirtschaft mit geringstmöglicher Umweltbelastung.

@ istockphoto.com, zvg

Ob zum Heizen oder Kühlen, als Treibstoff für Rasenmäher, Auto, Schiff und Flugzeug oder als Speicher für sauberen Strom – Methanol kann man für vieles nutzen. In der Industrie ist das längst bekannt und Methanol gang und gäbe: Der einfachste Alkohol, auch Holzgeist genannt, ist weltweit die am zweitmeisten gehandelte Flüssigkeit. Und ebendieses Methanol könnte unsere Energieversorgung revolutionieren. Viele arbeiten an diesem Wandel. Etwa das Chamer Unternehmen Silent-Power. Es hat – nach eigenen Angaben – das weltweit erste Methanol-Minikraftwerk entwickelt. Es soll dezentral Energie produzieren und speichern – und so die Produktion von Solar- und Windstrom ideal ergänzen, wie der Erfinder Urs A.Weidmann erklärt. 

In der Regel wird der Strom in einem Grosskraftwerk produziert und dann zum Endverbraucher geliefert. Der Strom wird also nicht dort produziert, wo er gebraucht wird, und nicht dann, wenn er benötigt wird. Deshalb ist die Frage der Energiespeicherung so wichtig. Weidmann geht davon aus, dass grundsätzlich genügend Energie vorhanden ist. «Es ist also nur eine Frage der Speicherung und des Transports, die Energie zum Ort des Verbrauchs zu bringen», sagt er. Am kostengünstigsten und umweltfreundlichsten sei dies durch die Speicherung der Energie in flüssiger, chemischer Form mittels Methanol.

Hoffnungsträger
Mithilfe von Kohlenstoffdioxid aus der Umgebungsluft, Wasser und grünem Strom kann man einen Ersatz für Erdöl erzeugen: Methanol, ein klimaneutraler Energiespeicher. Dieses Verfahren nennt sich Power-to-Liquid und gilt als ein Hoffnungsträger der Energiewende.


Methanol aus Erneuerbaren

Die benötigte elektrische Energie für die vollsynthetische Herstellung von Methanol muss aus erneuerbaren Stromquellen stammen, sonst ist auch Methanol nicht wirklich nachhaltig. Geeignet wären zum Beispiel günstiger Nachtstrom aus Windkraftwerken, Strom aus geothermischen Kraftwerken in Island oder Kalifornien oder aus Wellenkraftwerken an Orten, wo ganzjährig mehrere Meter hohe Wellen vorkommen, etwa bei den Neuen Hebriden oder in Feuerland. Andere in Entstehung begriffene Stromquellen sind Photovoltaikanlagen in Wüstenregionen oder in Form schwimmender Inseln auf dem Meer.

Führend auf diesem Sektor ist Island. Die grösste Vulkaninsel der Erde hat fünf grosse geothermische Kraftwerke bauen lassen, die mit günstigem Strom, Wasser und aus der Luft gefiltertem CO2 Methanol produzieren. Island ist das erste Land der Welt, das weitgehend ohne fossile Brenn- und Treibstoffe auskommt: Busse, Autos, Lastwagen werden durch das selbst produzierte Methanol angetrieben. Den Sektor mit dem grössten Energieverbrauch, wie bei uns die Gebäudeheizung, decken die Isländer schon seit jeher mit geothermischer Energie.

Econimo: autonome Minikraftwerke
• Econimo bedeutet «Energy Converter Integral Module». Es handelt sich dabei um ein dezentral einsetzbares, autonomes Minikraftwerk, das mit Methanol betrieben wird. Es verbrennt Methanol und erzeugt damit für 10 bis 15 Wohneinheiten 30 Kilowatt Strom und 70 kW Wärme (resp. Kälte). Nicht verbrauchter Strom wird ins Netz eingespeist. Econimo integriert eine Gasturbine mit Abgaswärmenutzung in Kombination mit einer Wärmepumpe. Den Wirkungsgrad beziffert Silent Power auf rund 95 Prozent.
• Die Minikraftwerke könnten künftig den lokalen Energieversorgungsunternehmen als Netzstabilisatoren dienen, zum Beispiel bei unregelmässiger Produktion von Wasserstrom – wie die Pilotanlage bei der WWZ AG (vormals Wasserwerke Zug AG), die seit dem 24. August 2016 ohne Zwischenfälle, mit einer Verfügbarkeit von 100 Prozent läuft. Es ist weltweit das erste mit Methanol betriebene Minikraftwerk. Die Methanol-Verbrennung geschieht angeblich nicht nur rückstandsfrei, sondern die Umgebungsluft soll sogar sauberer werden. Dies weil UHC (unverbrannte Kohlenwasserstoffe) aus Otto- und Dieselmotoren mitverbrannt würden.
• Ein econimo-minikraftwerk kann einen Wohnblock mit 10 bis 15 Wohnungen, ein Schulhaus oder einen Fernwärmeverbund versorgen. Auch der industrielle Einsatz ist in Planung. Dazu können beliebig viele Minikraftwerke parallel geschaltet werden. Zudem ist das Econimo beziehungsweise der Energieträger Methanol ein idealer Stromspeicher.
• Weitere Optimierungen finden laufend Eingang in das Serien-Econimo, das zur Produktion vorbereitet ist. Parallel wird ein standardisierter Lagertank für das Minikraftwerk in die Produktion überführt. Jedoch sind die notwendigen behördlichen und baubegleitenden Abläufe für die Installation der Minikraftwerke noch aufwendig. Trotzdem sollen bis zum Jahr 2021 voraussichtlich mehr als 300 Econimo-Minikraftwerke produziert werden, zum Stückpreis von rund 50 000 Franken.

Aus vielen mach eins

Klar, Island ist auch eine Vulkaninsel; die nutzbare Hitze steckt unmittelbar unter der Erdoberfläche. Aber auch anderswo nutzt man Methanol im grossen Stil, etwa in Toronto, Kanada. Die Stadt produziert Methanol aus Haushaltabfällen, die viele Kunststoffe wie PET-Flaschen, Joghurtbecher usw. enthalten, und nutzt es als Treibstoff und zum Heizen respektive Kühlen von Gebäuden. Langfristig soll Methanol auch in Toronto das Erdöl komplett ersetzen.

Die Umwandlung von Strom in Methanol und umgekehrt ist CO2-neutral; auf keiner Stufe sind umweltschädliche Prozesse vorhanden. Methanol kann zudem problemlos gespeichert und über lange Distanzen mit der bereits bestehenden Infrastruktur transportiert werden, etwa mit Tanklastern, der Bahn oder mit Schiffen. Hochspannungsleitungen, die einen elektrischen Energieverlust mit sich bringen, werden überflüssig: Der Strom steht dank den Econimo-Minikraftwerken zur gewünschten Zeit direkt vor Ort zur Verfügung. So kann ein Elektroauto anstatt mit einem Akku mit Methanol betrieben werden. Damit hat man die Vorteile des Elektroautos (geräusch- und wartungsarm, keine giftigen Abgase, keine Lüfter mit Keilriemen) und die Vorteile des gängigen Systems (in fünf Minuten betanken, 500 km Reichweite).

Bisher wurde der Strom über Stromnetze, das Benzin über Tankstellen und das Heizöl sowie Erdgas wieder über andere Kanäle zum Endverbraucher gebracht. Beim Einsatz von Methanol braucht es für alle Energiebedürfnisse nur noch ein einziges logistisches System. Damit wird die Gesamtkostenbilanz besser und die Verluste durch Speicherung, Umwandlung und Transport kleiner.

Methanol
• Ist Methanol der ideale Energieträger? Können wir dank der glasklaren Flüssigkeit unsere Sucht nach Öl und Gas überwinden? Zahlreiche Forscher und auch Politiker glauben daran. So betrachtet die chinesische Zentralregierung Methanol als «strategischen Kraftstoff». 2016 mischten die Chinesen ihrem Diesel und Benzin bereits 12 Millionen Tonnen Methanol bei. In Brasilien dürfen laut Luftreinhalteverordnung keine Autos mit reinem Benzin fahren; es muss einen Anteil von mindestens 25 Prozent Methanol aufweisen. In Brasilien sind daher Autos mit einem Flexibel-Fuel-Motor Standard. Auch Flugzeuge fliegen mit Methanol. Ebenso wird eines der grössten Fährschiffe der Welt mit Methanol betrieben: die Stena Germanica auf der Route zwischen Kiel und Göteborg hat eine Kapazität für 300 Autos und 1300 Passagiere. Es ist das erste und bisher einzige Fährschiff der Welt mit Methanol-Betrieb. Der grosse Vorteil: Methanol enthält keine Schadstoffe, verbrennt praktisch rückstandsfrei, russt also nicht, und wegen seiner hohen Oktanzahl ist er auch noch gut für den Dieselmotor. Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren brauchen nur eine geringfügige Anpassung des Motors, damit sie Methanol nutzen können. Besonders interessant an Methanol ist darüber hinaus seine Fähigkeit, als Speichermedium für Strom zu dienen – bisher ein grosses Problem der Energiewende.
• Bakterien und vor allem Pflanzen emittieren schätzungsweise 100 Millionen Tonnen Methanol pro Jahr. Methanol ist also eine allgegenwärtige natürliche Substanz. Und zwar die nach Rohöl am zweithäufigsten gehandelte Flüssigkeit weltweit – ein industrielles Allerweltsprodukt, dessen Handhabung und intensive Nutzung keinerlei Probleme bereitet. Hergestellt wird es noch zum grössten Teil aus Erdgas. Dieses Methanol ist jedoch nicht klimaneutral.
• Methanol könnte aber in absehbarer Zeit rezyklierbarer Teil einer echten Kreislaufwirtschaft werden. In einer solchen würde es mittels Kohlenstoffdioxid aus der Luft, Wasser und erneuerbarem Strom aus Photovoltaik, Wind, Geothermie usw. synthetisch gewonnen («Power-to-Liquid»). Bei Bedarf wird die im Methanol gespeicherte Energie wieder in Elektrizität umgewandelt – so wie es auch bei Öl der Fall ist, aber schadstofffrei: Beim Verbrennen entstehen wieder die Ausgangsstoffe Wasser und CO2. Da dieses CO2 bei der Synthese zuvor aus der Luft gewonnen wurde, gilt so hergestelltes Methanol als «klimaneutral».
• Jeder Bauernhof kann Methanol erzeugen, im Prinzip sogar jeder Haushalt. Es ist ganz einfach: Aufs Dach werden Photovoltaikanlagen installiert; das CO2 wird von Anlagen bezogen, die es aus der Luft filtern; mit dem an Sonnentagen überschüssigen und deshalb billigen Solarstrom wird Methanol erzeugt, das sich einfach lagern und billig transportieren lässt. Mit dem Methanol kann man wiederum Strom produzieren – oder damit das Auto betanken. Methanol ist weniger explosiv als Benzin und die Abgase sind bedeutend sauberer.
• Methanol hat also tatsächlich das Potenzial, unsere Energieversorgung grundlegend zu verändern. Ein Nachteil – neben seinem niedrigen Heizwert – indes dürfte sein, dass der Umwandlungsprozess sehr energieintensiv ist. Man erzeugt zunächst selbst einen Kraftstoff, den man dann in einem nächsten Prozessschritt in einer Brennstoffzelle wieder in elektrische Energie und Wärme umwandelt. Dadurch wird die Energiekette sehr lang und der Wirkungsgrad von der Primärenergiequelle bis zum Endversorger gering.

Bremsklotz Besteuerung

Obwohl das Econimo-Minikraftwerk eine hervorragende Umweltbilanz aufweist, wirkt die aktuelle Besteuerung von Methanol durch die gültige CO2-Gesetzgebung als Hindernis. Denn gemäss Anhang 11 muss die Oberzolldirektion für Methanol gut den doppelten CO2-Tarif verrechnen wie für Erdöl, nämlich 180 Franken pro Tonne statt 84 Franken. Da eine Revision dieses Anhangs erst auf den 1.1.2021 in Aussicht gestellt wird, orientiert sich die Silent-Power AG nun in erster Priorität nach Deutschland. Dort wird CO2 mit nur etwa 5 Franken pro Tonne besteuert. Eine hocheffiziente Wärmekraftkopplung, wie das Econimo, ist von der Mineralölsteuer sogar vollständig befreit. Deren produzierter Strom wird mit 5 Rp/kWh gefördert. Und: Der Strompreis für die Endverbraucher in Deutschland liegt bei rund 32 Rp/kWh. So kann das Econimo-Minikraftwerk in Deutschland – bei halbem Brennstoffpreis und doppeltem Strompreis – deutlich wirtschaftlicher betrieben werden.

Island ist das erste Land der Welt, das praktisch ohne fossile Brenn- und Treibstoffe auskommt.

Das ruft auch deutsche Entwickler auf den Plan. So hat unlängst auch ein Rostocker Unternehmen seine MethanolBrennstoffzelle präsentiert. Die Vision der Norddeutschen: Jeder Haushalt soll mit einer solchen ausgestattet und so unabhängig von fossilen Brennstoffen werden. Die Methanol-Brennstoffzelle soll unter anderem Autos antreiben; die Autos wiederum sollen in die Stromversorgung der Gebäude eingebunden werden. Das würde ein Kernproblem der Energiewende lösen, denn grüner Strom lässt sich bisher nur eingeschränkt speichern.

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