Die Sonne im Boden speichern

Wie lässt sich Sommerstrom längerfristig speichern? Die Empa ist an einem spannenden Forschungsprojekt beteiligt. Dabei spielen Mikroorganismen aus der Urzeit eine entscheidende Rolle.

Quelle: Empa

Es ist eine der Kardinalfragen auf dem Weg in eine Zukunft ohne fossile Energieträger: Wie lässt sich überschüssige, erneuerbare Energie, die in unseren Breitengraden im Sommer anfällt, für den Winter nutzbar machen? Seit einigen Jahren forscht die Empa an der «Power-to-Gas»-Technologie, also der Umwandlung von erneuerbarem Strom in chemische Energieträger wie Wasserstoff oder Methan. In einer Studie zum Potenzial dieser Technologie prognostizierte Empa-Forscher Martin Rüdisüli einen Überschuss von 10 TWh Solarstrom in der Schweiz in den nächsten Jahrzehnten – vorausgesetzt, ein grosser Teil der geeigneten Dachflächen würde mit Photovoltaikanlagen ausgebaut. Wandelt man den Überschussstrom im Sommer in Methan um, liessen sich rund 1 Million CNG-Fahrzeuge ganzjährig und praktisch klimaneutral betreiben.

Die «Power-to-Gas»-Technologie bildet nun die Grundlage für das internationale Forschungsprojekt, an dem in der Schweiz neben der Empa auch Energie 360°, die Universität Bern und die Ostschweizer Fachhochschule OST beteiligt sind. Dabei fassen die Forscher eine unkonventionelle Lösung ins Auge: Der Überschussstrom wird genutzt, um grünen Wasserstoff herzustellen. Dieser wird in der Folge zusammen mit Kohlendioxid in den Boden gepumpt – beispielsweise in ehemalige Erdgaslagerstätten. Dort wandeln natürlich vorkommende Mikroorganismen die beiden Stoffe in Methan um.

Das Forschungsprojekt «Underground Sun Storage» zur Speicherung von Wind- und Sonnenenergie in natürlichen Gaslagerstätten wird fortgesetzt. Quelle: RAG

Diese Mikroorganismen, sogenannte Archaeen, sind auf der ganzen Welt verbreitet, vorwiegend in anaeroben, also sauerstoffarmen Umgebungen. Sie spielten bereits einmal eine ganz entscheidende Rolle in unserer heutigen Energieversorgung: Vor Jahrmillionen waren Archaeen für die Umwandlung von Biomasse in Erdgas verantwortlich. Diesen Job sollen sie nun wieder übernehmen. Ein ähnlich gelagertes Projekt von Regio Energie Solothurn hatte 2020 den Watt d’Or des Bundesamts für Energie (BFE) in der Kategorie «Erneuerbare Energien» gewonnen.

Das Patent auf diese «Underground Sun Conversion» besitzt das österreichische Energieunternehmen RAG Austria AG. Unterstützt wird das schweizerisch-österreichische Projekt von europäischen Forschungsrahmenprogramm ERA-Net und in der Schweiz vom BFE. Die Empa entwickelt dabei eine Perspektive für das ganze Energiesystem. «Wir schauen uns an, wann und wo Überschussstrom anfällt, wo geeignete CO₂-Quellen wären und wo letztlich auch die Nachfrage nach erneuerbarem Gas vorhanden ist», erklärt Martin Rüdisüli von der Empa-Abteilung «Urban Energy Systems». Zusammen mit den geologischen Voraussetzungen, die von der Universität Bern untersucht werden, und den ökonomischen Rahmenbedingungen, die von der OST erarbeitet werden, soll daraus eine Landkarte mit möglichen Standorten für die Anwendung der «Underground Sun Conversion»-Technologie entstehen.

Erdgeschichte im Zeitraffer: Erneuerbares Gas aus Sonne und Wasser wird im Forschungsprojekt in 1000 Meter Tiefe produziert. Quelle: Empa/Rag

Empa-Forscher Rüdisüli hält die Technologie für vielversprechend. Insbesondere deshalb, weil sie neben der biologischen Methanisierung auch gleich eine Antwort auf das saisonale Energiespeicherproblem liefert: «Auch bei einem grossen Anstieg der Methangasproduktion bräuchte es dank der natürlichen Speicher im Erdinnern keinen Ausbau der oberirdischen Speicherinfrastruktur.» (sco/pd, 24. Juni 2021)