Effiziente Speichertechnologien sind eine tragende Säule eines regenerativen Energiesystems, um überschüssigen Strom zwischenzuspeichern. Methanol könnte in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle zukommen. Die große Frage dabei ist, wie sich solche Power-to-Methanol-Systeme in eine künftige Infrastruktur der Erneuerbaren integrieren und wirtschaftlich betreiben lassen. Dies haben nun Forschende des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) untersucht.
Dr. Stefan Fogel hat sich im Rahmen seiner Dissertation am Institut für Fluiddynamik des HZDR mit dieser Fragestellung beschäftigt. Dafür hat er aufwendige Modellierung und umfangreiche Simulationen durchgeführt. Sein Fokus lag dabei auf der Hochtemperatur-Elektrolyse, die bei über 600 Grad Celsius reinen Wasserstoff erzeugen. Diese Technologie ermöglicht eine direkte Nutzung des Wasserstoffs in der Synthesestufe ohne zusätzlichen Separationsaufwand. Im Vergleich zu etablierten Verfahren wie der alkalischen Elektrolyse verspricht dies eine höhere Effizienz.
Fogel hat einen digitalen Zwilling des Power-to-Methanol-Systems entwickelt. So konnte er insbesondere das Verhalten bei dynamischem Betrieb untersuchen. Dieses ist besonders was für die Kopplung mit fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen entscheidend. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Flexibilisierung des Prozesses möglich ist. Power-to-Methanol-Anlagen könnten zukünftig direkt mit Photovoltaik- oder Windkraftanlagen gekoppelt und im Teillastbetrieb gefahren werden.
Wirtschaftlichkeit und Zukunftsperspektiven
Die techno-ökonomische Bewertung der Simulationsdaten offenbart, dass die Methanolproduktionskosten derzeit noch nicht wettbewerbsfähig sind. Hauptgrund sind die hohen Kapitalkosten für die Elektrolyse-Technologie, die bis zu 70 Prozent der Gesamtkosten ausmachen.
Fogel prognostiziert jedoch eine drastische Kostenreduktion in den kommenden Jahrzehnten. Durch Skaleneffekte und technologische Fortschritte könnte Power-to-Methanol bis 2050 preislich mit fossilen Energieträgern gleichziehen.
Methanol als Energiespeicher
Methanol bietet gegenüber Wasserstoff entscheidende Vorteile als Energiespeicher. Es weist eine höhere volumetrische Energiedichte auf und lässt sich einfacher transportieren und speichern. Zudem ist Methanol ein wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie.
Die Integration von Power-to-Methanol-Systemen in erneuerbare Energieinfrastrukturen könnte somit einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende leisten. Sie ermöglicht die Speicherung von Überschussstrom aus Solar- und Windkraftanlagen und nutzt gleichzeitig CO₂-Emissionen aus Industrieprozessen.
Für seine Forschungsarbeit erhielt Dr. Stefan Fogel den Franz Stolze-Preis 2024 der TU Dresden. Die Auszeichnung würdigt herausragende wissenschaftliche Abschlussarbeiten im Bereich Energietechnik.
