Het aardgasnet kan dienen als buffer voor weersafhankelijke elektriciteit uit wind en zon. Dit vereist economisch efficiënte processen om elektriciteit te gebruiken voor de productie van chemische energiedragers. Het door het KIT gecoördineerde EU-project HELMETH heeft nu een belangrijke stap gezet, waaruit blijkt dat hoge temperatuur elektrolyse en methanisering gecombineerd kunnen worden in een power-to-gas proces met een efficiëntie van meer dan 75 procent.

"Voor de eerste keer, we gebruikten de synergieën tussen elektrolyse en methanisering en bereikten een efficiëntie die ongeveer 20 procent hoger ligt dan die van standaardtechnologieën, " zegt Dimosthenis Trimis van KIT, coördinator van het HELMETH EU-project. "Dankzij het grote aantal disciplines dat ons consortium bestrijkt, we zijn erin geslaagd een belangrijke mijlpaal te bereiken voor het beheersen van de energietransitie."

Een conventionele industriële power-to-gas-installatie zet ongeveer 54 procent van de elektrische energie van hernieuwbare energie om in chemische energie van methaanbrandstof. Het prototype van het HELMETH EU-project dat in twee conventionele zeevrachtcontainers van elk ongeveer 6 m lang past, haalde bij de eindmetingen een efficiëntie van 76 procent. Dit geeft hoop op een efficiëntie van 80 procent op industriële schaal. parallel, economische efficiëntie en de klimaatbalans van de nieuwe technologie werden bestudeerd. "Deze hoge efficiëntie maakt de power-to-gas-technologie veelbelovend, ", zegt Trimis. Efficiënties van meer dan 80 procent lijken mogelijk, op voorwaarde dat de beperkende processtappen die in HELMETH zijn geïdentificeerd in toekomstig onderzoek zullen worden behandeld.

Een groot potentieel dat in HELMETH werd benut, was het optimale gebruik van proceswarmte uit methanisering om het warmteverbruik van elektrolyse te dekken. Elektrolyse op hoge temperatuur bij ongeveer 800°C en hoge druk heeft thermodynamische voordelen waardoor de efficiëntie toeneemt. Tijdens elektrolyse, de stroom wordt eerst gebruikt om water te ontleden in zuurstof en de energiedrager waterstof. Vervolgens, waterstof reageert met kooldioxide of koolmonoxide tot methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas, waarbij warmte vrijkomt. Het voordeel van methaan ten opzichte van waterstof is dat het zonder enige beperking of verdere verwerking in de bestaande aardgasinfrastructuur kan worden ingevoerd. Toevoer van pure waterstof in het netwerk vereist mogelijk grotere aanpassingsinspanningen in transport en gebruik, aangezien de energiedichtheid en chemische eigenschappen aanzienlijk verschillen. De aardgasvervanger die binnen het HELMETH-project werd geproduceerd, bevatte altijd waterstofconcentraties lager dan 2 vol. procent. Vandaar, het kon zonder enige beperking in het hele Duitse aardgasnet worden ingevoed.