Image: Umweltfreundliche Betankung in drei StufenFERCHAUFERCHAUDie Tankstelle als Zentrum für Energieumwandlung- und Speicherung | archy13
TechnikZapfsäule der Zukunft?

Umwelt­freund­liche Betan­kung in drei Stufen

Lesezeit ca.: 4 Minuten
Lisa Kräher

Lisa Kräher

freie Journalistin

Stuttgarter Forscher entwickeln eine Multi-Energie-Tankstelle, an der man Strom, Wasserstoff und Methan zapfen kann. Die norddeut­sche Kleinstadt Heide erprobt das Modell in der Realität.

30. Mai 2018

Wer mal von Hamburg nach St. Peter-Ording unterwegs war, ist vielleicht schon durchgefahren: Heide, eine Kleinstadt in Schleswig-Holstein mit gut 20.000 Einwohnern. Die Sehenswür­dig­keiten belaufen sich auf Deutschlands größten unbebauten Markplatz und einen Wasserturm als Wahrzeichen. Das war’s. Bislang.

Denn in Heide, dem Ort mit dem Slogan „Marktstadt mit Nordseewind“, ist ein Millionen­pro­jekt angelaufen, das beim Thema erneuerbare Energien deutschland­weit Vorbild werden könnte: Im Zuge von „QUARREE100“ soll ein ganzer Stadtteil so umgestaltet werden, dass dieser mit Strom-, Wärme und Kraftstoff komplett aus erneuerbaren Energien versorgt werden kann. Und die zentrale Rolle dabei spielt eine Tankstelle.

Das Zentrum für Sonnenen­ergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart ist einer von zahlreichen Projektpart­nern von „QUARREE100“. Dort entwickeln Dr. Ulrich Zuberbühler und sein Team im Fachgebiet Regenera­tive Energieträger und Verfahren die zwei entschei­denden Komponenten dieser „Tankstelle der Zukunft“: einen Elektroly­seur, der Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff verwandelt, und eine Methanisie­rungs­ein­heit, in der aus Wasserstoff das Erdgas-Substitut Methan wird. Die Tankstelle ist dabei nicht nur Lieferant für alternative Treibstoffe, sie fungiert als Zentrum für Energieum­wand­lung- und Speicherung im Stadtteil.

So funktioniert die Multi-Energie-Tankstelle

Die Idee: eine stufenweise Nutzung von Strom, Wasserstoff und Methan, um eine möglichst vollstän­dige Verwertung der erneuerbaren Energien zu gewährleisten und Netzengpässe zu vermeiden. Denn: „Wenn erneuerbarer Strom zur Verfügung steht, heißt das nicht, dass alle zu dieser Zeit tanken wollen“, sagt Dr. Ulrich Zuberbühler.

Gibt es überschüs­sigen Strom, wird dieser in einer Großbatterie gespeichert. Sobald diese voll ist, kommt die zweite Stufe der Multi-Energie-Zapfsäule ins Spiel: Der Ökostrom wird durch Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt, mit dem Brennstoff­zel­len­fahr­zeuge betankt werden können.

Auch der Wasserstoff kann gespeichert werden. Ist mehr da, als in den Speicher passt, folgt Stufe drei: Aus Wasserstoff wird mit Zugabe von Kohlendi­oxid Methan, mit dem Erdgasautos betrieben werden können. Das überschüs­sige Methan kann außerdem dank Sektor-Koppelung ins lokale Erdgasnetz eingespeist werden. Die bei Elektrolyse und Methanisie­rung entstehende Abwärme kann genutzt werden, um Gebäude zu heizen.

„Priorität bei der Mobilität hat die Nutzung von Ökostrom, weil hierbei im Vergleich zur Wasserstoff- und Methaner­zeu­gung die wenigsten Energiever­luste anfallen“, erklärt Zuberbühler. Der Wirkungs­grad der Elektrolyse liegt bei rund 75 Prozent, mit Methanisie­rung bei 60 Prozent. Andersrum erklärt: Um 100 Kilometer zurückzu­legen, sind laut ZSW bei einem Elektroauto 15 Kilowatt­stunden Strom nötig, wesentlich weniger als die Herstellung des Wasserstoffs erfordert, den ein Auto mit Brennstoff­zel­len­tech­no­logie auf der gleichen Strecke verbraucht (30 kWh). Das methanbe­trie­bene Fahrzeug benötigt 50 Kilowatt­stunden - wobei all diese Werte von Fahrzeug­größe, Gewicht, Fahrweise und anderen Faktoren abhängen. Die alternativen Kraftstoffe Wasserstoff und Methan haben aber auch einen großen Vorteil: sie können lange ohne Verluste gelagert werden.

Keine Zapfsäule im herkömmli­chen Sinn

Doch wie wird die Multi-Energie-Tankstelle eigentlich aussehen? „Man darf sich die Tankstelle der Zukunft nicht als eine Zapfsäule mit drei verschie­denen Anschlüssen vorstellen“, sagt Dr. Ulrich Zuberbühler. Elektrola­de­säulen müssten nicht am gleichen Ort sein wie Methan- oder Wasserstoff-Zapfsäulen. Es gehe nur darum, dass die verschie­denen Systeme miteinander vernetzt sind.

„Es macht auch nicht unbedingt Sinn, eine Wasserstoff­tank­stelle in ein Wohngebiet zu stellen – wie bei herkömmli­chen Tankstellen eben auch“, sagt Zuberbühler und spricht dabei ein anderes Thema an. Denn Wasserstoff und Methan gelten als leicht entzündlich. „Es gibt schon noch viele Vorbehalte und Berührungs­ängste, aber Wasserstoff und Methan sind nicht gefährli­cher als andere Treibstoffe“, versichert er. Auch an die gasförmige Eigenschaft der Treibstoffe müsse man sich eben erst noch gewöhnen, so der Forscher.

Technische Herausfor­de­rungen

Bis das Projekt „QUARREE100“ und damit auch die Tankstelle der Zukunft umgesetzt werden, dauert es noch ein paar Jahre. Technische Herausfor­de­rungen sieht Zuberbühler vor allem bei der Kopplung der unterschied­li­chen Energieformen. Wo es für Gas, Strom und Wärme bisher je ein Netz gab, muss nun alles zu einem verbunden werden. Nicht zuletzt, so der Forscher, sei auch die Frage, wo Wasserstoff­tank­stellen entstehen, entschei­dend – und dass überhaupt genügend da sind. Das ist wie bei Henne und Ei. Wenn es nicht genügend Wasserstoff­tank­stellen gibt, wird sich auch keiner ein Brennstoff­zel­len­auto kaufen. Und dann wird auch der Bedarf nach entsprechenden Tankstellen nicht steigen.

Ziel der Stuttgarter Forscher ist es vor allem, die Effizienz und Lebensdauer der Elektrolyse- und Methanisie­rungs-Einheiten zu verbessern – und damit Kosten zu senken. 2020 soll das System „Tankstelle der Zukunft“ dann erstmals in Heide umgesetzt werden.