Open Access

Jan Christian Koj

• Power-to-Gas-Technologien ermöglichen die Integration erneuerbarer Energien in die Erzeugung synthetischer Gase für die Sektoren Industrie, Strom, Wärme und Verkehr. Dort können diese Gase Energieträger fossilen Ursprungs substituieren und werden daher als Möglichkeit zur Dekarbonisierung der Sektoren diskutiert. Mit dem erwarteten exponentiellen Anstieg des Einsatzes dieser Technologien werden sowohl technologischer Fortschritt als auch erheblicher Material- und Energiebedarf einhergehen. Die vorliegende Arbeit analysiert für verschiedene Power-to-Gas-Optionen deren technologische Eigenschaften, Umweltwirkungen und Lebenszykluskosten für den Zeitraum von 2020 bis 2050. Mittels ökologischer Lebenszyklusanalyse und LebenszykluskostenrechnungPower-to-Gas-Technologien ermöglichen die Integration erneuerbarer Energien in die Erzeugung synthetischer Gase für die Sektoren Industrie, Strom, Wärme und Verkehr. Dort können diese Gase Energieträger fossilen Ursprungs substituieren und werden daher als Möglichkeit zur Dekarbonisierung der Sektoren diskutiert. Mit dem erwarteten exponentiellen Anstieg des Einsatzes dieser Technologien werden sowohl technologischer Fortschritt als auch erheblicher Material- und Energiebedarf einhergehen. Die vorliegende Arbeit analysiert für verschiedene Power-to-Gas-Optionen deren technologische Eigenschaften, Umweltwirkungen und Lebenszykluskosten für den Zeitraum von 2020 bis 2050. Mittels ökologischer Lebenszyklusanalyse und Lebenszykluskostenrechnung werden drei Wasserelektrolyse-Technologien und drei unterschiedliche Methanisierungsverfahren untersucht. Dabei werden die Standortbedingungen in Deutschland berücksichtigt. Durch Analysen von Lernkurven, Technologiereife, Multifunktionalität und Sensitivitäten wird die Vielfalt der methodischen und technologischen Variationsmöglichkeiten und deren Einfluss auf die Ergebnisse aufgezeigt. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Technologien und die damit erzeugten Gase langfristig mit geringen Umweltwirkungen und sinkenden Kosten einhergehen. Mehrere Faktoren beeinflussen die Ergebnisse der ökologischen Lebenszyklusanalyse: Die Strombereitstellung auf Basis erneuerbarer Energien führt im Vergleich zur Nutzung des gegenwärtigen Netzstroms zu einer Reduktion der Treibhausgasemissionen. Zukünftig werden auch ein geringerer Energiebedarf, der verringerte Einsatz potenziell kritischer Rohstoffe, höhere Lebensdauererwartungen sowie Skalen- und Lerneffekte zu verringerten Umweltwirkungen führen. Sowohl das Treibhauspotenzial als auch die Gestehungskosten der erzeugten Gase Wasserstoff und Methan können zukünftig je nach Fall und Analyseansatz um mehr als 80 % gegenüber den Ergebnissen für das Jahr 2020 reduziert werden. Zeitlich differenzierte Auswertungen verdeutlichen besonders starke technologische Weiterentwicklungen und daraus folgende Reduktionen der Umweltwirkungen und der Lebenszykluskosten bereits bis zum Jahr 2030. Die Analysen legen zudem nahe, dass es unter den Power-to-Gas-Technologien keine eindeutig zu bevorzugende Technologie gibt. Ein kombinierter Einsatz der Technologien ermöglicht eine Risikostreuung und -minderung hinsichtlich der Umweltwirkungen und des Einsatzes potenziell kritischer Rohstoffe.…